昌大陳義旺AM：通過應變弛豫調控實現高性能柔性贗平面異質結有機太陽能電池

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

在此，本研究展示了一種細晶強化策略，旨在緩解小分子受體薄膜中的過度聚集或結晶現象。具體而言，聚乙烯氧化物（PEO）側鏈的局部運動產生二次熱力學弛豫，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行為和殘余富集狀態。這些作用有助于提升屈服強度、減少微裂紋的產生，并增強供體/受體界面的斷裂能。*終，優化后的F - OSCs表現出優異的光電轉換效率（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健性也得到了優化，其彈性模量和剛度分別降低了50.68%和5.71%。

在相關研究領域，南昌大學化學化工學院的陳義旺教授、孟祥川教授和談利承教授帶領團隊，圍繞柔性有機太陽能電池的性能優化展開了深入研究。他們展示了一種基于聚環氧乙烷（PEO）增稠劑的細晶強化策略，用于緩解小分子受體（SMA）薄膜的過度聚集或結晶現象，這有助于協同優化聚合物 - 聚合物異質結柔性有機太陽能電池（PPHJ F - OSCs）的效率、環境穩定性和機械穩定性。結合掠入射X射線衍射（GIXRD）和動態力學分析（DMA）的協同表征表明，PEO側鏈局部運動產生的二次熱力學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行為和殘余富集狀態。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，為柔性器件的協同優化提供了可能。

*終，二元柔性有機太陽能電池展現出18.73%的優異光電轉換效率（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**柔性器件則實現了19.12%的高效PCE。在柔韌性和機械穩健性方面，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%。當柔性器件的有效面積擴大至1.00 cm2時，其優化后的PCE達到16.92%。

總之，該團隊通過熱力學調控和SMA薄膜分析，探索了優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、機械性能和環境穩定性方面的協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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