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新聞網(wǎng)訊 近日，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院王逸凡副教授，紡織服裝學(xué)院劉亞輝教授、薄志山教授合作在柔性有機(jī)光伏領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展，在能源類頂刊Joule上發(fā)表了題為“High-Efficiency Ultra-flexible Organic Solar Cells Enabled by Chloroprene Rubber as Both a Nonvolatile Solid Additive and Plasticizer”的研究成果。該文章共同第一作者為材料學(xué)院2022級(jí)研究生韋正棟、王逸凡副教授。論文通訊作者是王逸凡副教授、劉亞輝教授、薄志山教授，四川大學(xué)李鴻祥副研究員、美國(guó)西北大學(xué)Antonio Facchetti教授和Tobin J. Marks教授。

有機(jī)太陽能電池（OSCs）相比于傳統(tǒng)的硅太陽能電池具有許多優(yōu)勢(shì)，包括機(jī)械柔韌性、低成本的可擴(kuò)展制造、光吸收的可調(diào)性等。在應(yīng)用方面，OSCs的優(yōu)勢(shì)不僅使得制備輕便且可彎曲的太陽能電池成為可能，還能將太陽能電池運(yùn)用到更廣泛的領(lǐng)域，如可穿戴設(shè)備、電子皮膚和植入式醫(yī)療監(jiān)測(cè)器。然而有機(jī)半導(dǎo)體由π-共軛芳香核/骨架構(gòu)成，具有強(qiáng)烈的鏈內(nèi)和鏈間π-π相互作用，形成有序的排列和結(jié)晶，這導(dǎo)致薄膜在受到外界拉伸應(yīng)力時(shí)容易發(fā)生斷裂。為了提高薄膜的拉伸性能，其中一種策略是將絕緣彈性體作為增塑劑引入到活性層中，來提高薄膜的機(jī)械韌性。然而絕緣性質(zhì)的彈性體加入會(huì)降低電荷傳輸使得光伏性能下降，如何在不犧牲光伏性能情況下提高機(jī)械性能是目前的研究重點(diǎn)問題。

為了解決這一問題，研究團(tuán)隊(duì)將氯丁橡膠（CR）引入到活性層中。由于CR中鹵素與雙鍵的存在，CR與D18聚合物給體之間形成了分子間相互作用（包括鹵素相互作用與π-π相互作用），這些相互作用增強(qiáng)了D18分子的堆積，并形成了一個(gè)互鎖的三維網(wǎng)絡(luò)，從而同時(shí)提高了器件的光伏性能（在少量添加下）與機(jī)械延展性。因而CR同時(shí)充當(dāng)了固體添加劑和增塑劑的作用（圖1）?；诒卷?xiàng)策略，結(jié)合Parylene 作為超柔性基底，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)筑了高效率超柔性有機(jī)太陽能電池（圖2）。最終，基于此的剛性有機(jī)太陽能電池器件效率達(dá)到19.25%，超柔性器件效率達(dá)16.91%?；钚詫訑嗔褢?yīng)變從4.66%提升至22.86%。并且，器件的機(jī)械穩(wěn)定性得到很大提高，在5000次壓縮循環(huán)后仍保持89.9%的初始效率。

圖1. 氯丁橡膠充當(dāng)固體添加劑和增塑劑

圖2.為超柔性有機(jī)太陽能電池助力可穿戴設(shè)備