蘇州納米所創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室駱群等開(kāi)發(fā)出熱塑性彈性體界面修飾提高柔性有機(jī)太陽(yáng)能電池彎曲穩(wěn)定性新方法
隨著柔性電子的快速發(fā)展,可穿戴電子設(shè)備逐漸走進(jìn)我們的生活,為日常健康監(jiān)測(cè)、通訊以及娛樂(lè)帶來(lái)便利。柔性有機(jī)太陽(yáng)能電池具有柔性、輕質(zhì)、可圖案化及室內(nèi)光下能量轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點(diǎn),用于柔性可穿戴電子設(shè)備,可減輕供能設(shè)備的重量,延長(zhǎng)可穿戴電子設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。用于可穿戴電子的柔性太陽(yáng)能電池需要在機(jī)械拉伸以及彎曲條件下保持優(yōu)異的電池性能,但柔性有機(jī)太陽(yáng)能電池機(jī)械穩(wěn)定性還不能真正滿足可穿戴電子中的應(yīng)用需求,彎曲過(guò)程中太陽(yáng)能電池性能衰減的關(guān)鍵因素還并不清楚。
中科院蘇州納米所創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室馬昌期研究員團(tuán)隊(duì)前期開(kāi)發(fā)了大面積透明導(dǎo)電電極制備(Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 20007276)以及非晶金屬氧化物界面修飾技術(shù)(J. Mater. Chem. A 2021, 9, 16889-1697; Adv. Mater, 2022, 34, 2110276),獲得了高效柔性有機(jī)太陽(yáng)能電池。近期,該研究團(tuán)隊(duì)與張珽研究員團(tuán)隊(duì)密切合作,就導(dǎo)致柔性有機(jī)太陽(yáng)能電池彎曲過(guò)程中性能降解的機(jī)理及耐久性提升方案開(kāi)展了系統(tǒng)研究。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)揭示了器件彎曲過(guò)程中性能衰減的原因主要是由于MoO3空穴傳輸層與有機(jī)光活性層之間弱的界面粘附力而導(dǎo)致的MoO3層的破壞。為了解決該問(wèn)題,研究人員在有機(jī)活性層與MoO3空穴傳輸層界面處引入熱塑性彈性體SEBS。通過(guò)薄膜力學(xué)性能測(cè)試以及應(yīng)力場(chǎng)分布的模擬,推斷彈性體材料在界面處起到了降低彈性模量,降低頂電極承受的應(yīng)力,以及提升界面結(jié)合力的作用(圖1)?;趶椥泽w界面修飾的柔性大面積有機(jī)太陽(yáng)能電池獲得了16.15%的高效率,且在5mm半徑條件下彎曲10000次后,器件效率保持初始值的90%以上(基底厚度125μm)。該結(jié)果是目前柔性有機(jī)太陽(yáng)能電池彎曲穩(wěn)定最佳性能之一(圖2),說(shuō)明該方法在提高柔性太陽(yáng)能電池機(jī)械耐久性方面具有重要應(yīng)用前景。
圖1 SEBS界面粘結(jié)層對(duì)界面粘附力及彈性模量的影響
圖2 SEBS作為界面粘結(jié)層的柔性太陽(yáng)能電池性能以及的彎曲穩(wěn)定性
相關(guān)工作以Thermoplastic Elastomer Enhanced Interface Adhesion and Bending Durability for Flexible Organic Solar Cells為題發(fā)表在npj Flexible Electronics上。中科院蘇州納米所碩士生徐子涵為論文的第一作者,駱群項(xiàng)目研究員(中科院青促會(huì)會(huì)員)、張珽研究員、馬昌期研究員為該論文的共同通訊作者,白元元博士在力學(xué)模擬方面給予了幫助。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院青促會(huì)項(xiàng)目,CAS-CSIRO合作項(xiàng)目以及蘇州納米所納米真空互聯(lián)實(shí)驗(yàn)站的支持。
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