昌大陳義旺AM：通過應(yīng)變弛豫調(diào)控實現(xiàn)高性能柔性贗平面異質(zhì)結(jié)有機太陽能電池

光敏薄膜合理增韌對于開發(fā)堅固且柔性的有機太陽能電池 （F-OSC） 至關(guān)重要此類電池的性能始終受薄膜內(nèi)機械應(yīng)變和熱力學(xué)弛豫的影響。然而，這些性能的潛在決定因素以及調(diào)控柔性器件整體性能的量化指標(biāo)，目前尚未得到全面明晰的界定。

在此，本研究展示了一種細(xì)晶強化策略，旨在緩解小分子受體薄膜中的過度聚集或結(jié)晶現(xiàn)象。具體而言，聚乙烯氧化物（PEO）側(cè)鏈的局部運動產(chǎn)生二次熱力學(xué)弛豫，該弛豫通過氫鍵相互作用限制了自由體積的波動，進而抑制了小分子受體薄膜中非理想的熱力學(xué)行為和殘余富集狀態(tài)。這些作用有助于提升屈服強度、減少微裂紋的產(chǎn)生，并增強供體/受體界面的斷裂能。*終，優(yōu)化后的F - OSCs表現(xiàn)出優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），分別為19.12%（器件面積0.04 cm2）和16.92%（器件面積1.00 cm2），且在85 °C下加熱2600小時后，仍能保持初始效率的80%。此外，器件的柔韌性和機械穩(wěn)健性也得到了優(yōu)化，其彈性模量和剛度分別降低了50.68%和5.71%。

在相關(guān)研究領(lǐng)域，南昌大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院的陳義旺教授、孟祥川教授和談利承教授帶領(lǐng)團隊，圍繞柔性有機太陽能電池的性能優(yōu)化展開了深入研究。他們展示了一種基于聚環(huán)氧乙烷（PEO）增稠劑的細(xì)晶強化策略，用于緩解小分子受體（SMA）薄膜的過度聚集或結(jié)晶現(xiàn)象，這有助于協(xié)同優(yōu)化聚合物 - 聚合物異質(zhì)結(jié)柔性有機太陽能電池（PPHJ F - OSCs）的效率、環(huán)境穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性。結(jié)合掠入射X射線衍射（GIXRD）和動態(tài)力學(xué)分析（DMA）的協(xié)同表征表明，PEO側(cè)鏈局部運動產(chǎn)生的二次熱力學(xué)弛豫通過氫鍵相互作用限制了自由體積的波動，從而抑制了SMA薄膜中的非理想熱力學(xué)行為和殘余富集狀態(tài)。這些作用有助于提高晶界屈服強度、減少薄膜微裂紋，并增強供體/受體界面的斷裂能，為柔性器件的協(xié)同優(yōu)化提供了可能。

*終，二元柔性有機太陽能電池展現(xiàn)出18.73%的優(yōu)異光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），并在85 °C下加熱2600小時后仍能保持初始效率的80%；而基于三元體系的**柔性器件則實現(xiàn)了19.12%的高效PCE。在柔韌性和機械穩(wěn)健性方面，柔性器件即使在60°的彎曲幅度下也能保持初始效率的42.07%，且彈性模量和剛度分別降低了50.68%和5.71%。當(dāng)柔性器件的有效面積擴大至1.00 cm2時，其優(yōu)化后的PCE達(dá)到16.92%。

總之，該團隊通過熱力學(xué)調(diào)控和SMA薄膜分析，探索了優(yōu)化活性層綜合性能的可行性，這為柔性有機光伏器件在效率、機械性能和環(huán)境穩(wěn)定性方面的協(xié)同提升提供了有益的參考。

文獻信息：

A Strain Relaxation Modulation for Printing High-performance Flexible Pseudo-Planar Heterojunction Organic Solar Cells

Rui Gong, Qing Yan, Zhi Xing, Hanlin Wang, Licheng Tan, Xiangchuan Meng, Xiaotian Hu, Yiwang Chen

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202501033

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