骆群等开发出热塑性弹性体界面修饰提高柔性有机太阳能电池弯曲稳定性新方法

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随着柔性电子的快速发展，可穿戴电子设备逐渐走进我们的生活，为日常健康监测、通讯以及娱乐带来便利。柔性有机太阳能电池具有柔性、轻质、可图案化及室内光下能量转换效率高的优点，用于柔性可穿戴电子设备，可减轻供能设备的重量，延长可穿戴电子设备的续航时间。用于可穿戴电子的柔性太阳能电池需要在机械拉伸以及弯曲条件下保持优异的电池性能，但柔性有机太阳能电池机械稳定性还不能真正满足可穿戴电子中的应用需求，弯曲过程中太阳能电池性能衰减的关键因素还并不清楚。
　　中科院苏州纳米所创新实验室马昌期研究员团队前期开发了大面积透明导电电极制备（Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 20007276）以及非晶金属氧化物界面修饰技术（J. Mater. Chem. A 2021, 9, 16889-1697; Adv. Mater, 2022, 34, 2110276），获得了高效柔性有机太阳能电池。近期，该研究团队与张珽研究员团队密切合作，就导致柔性有机太阳能电池弯曲过程中性能降解的机理及耐久性提升方案开展了系统研究。
　　项目团队揭示了器件弯曲过程中性能衰减的原因主要是由于MoO3空穴传输层与有机光活性层之间弱的界面粘附力而导致的MoO3层的破坏。为了解决该问题，研究人员在有机活性层与MoO3空穴传输层界面处引入热塑性弹性体SEBS。通过薄膜力学性能测试以及应力场分布的模拟，推断弹性体材料在界面处起到了降低弹性模量，降低顶电极承受的应力，以及提升界面结合力的作用（图1）。基于弹性体界面修饰的柔性大面积有机太阳能电池获得了16.15%的高效率，且在5mm半径条件下弯曲10000次后，器件效率保持初始值的90%以上（基底厚度125μm）。该结果是目前柔性有机太阳能电池弯曲稳定最佳性能之一（图2），说明该方法在提高柔性太阳能电池机械耐久性方面具有重要应用前景。

　　图1 SEBS界面粘结层对界面粘附力及弹性模量的影响

　　图2 SEBS作为界面粘结层的柔性太阳能电池性能以及的弯曲稳定性  

　　相关工作以Thermoplastic Elastomer Enhanced Interface Adhesion and Bending Durability for Flexible Organic Solar Cells为题发表在npj Flexible Electronics上。中科院苏州纳米所硕士生徐子涵为论文的第一作者，骆群项目研究员、张珽研究员、马昌期研究员为该论文的共同通讯作者，白元元博士在力学模拟方面给予了帮助。该工作得到了国家自然科学基金、中科院青促会项目，CAS-CSIRO合作项目以及苏州纳米所纳米真空互联实验站的支持。
　　论文链接 ：https://www.nature.com/articles/s41528-022-00188-2


       文章来源：苏州纳米所
       马昌期,苏州纳米所研究员。1998年8月毕业于北京师范大学化学系，获理学学士学位。2003年5月在中国科学院理化技术研究所（原感光化学研究所）获理学博士学位。2003年6月-2004年1月在英国Heriot-Watt大学从事博士后研究。2004年2月得到德国洪堡基金会资助在德国乌尔姆大学有机化学II及先进功能材料研究所做合作研究。2007年1月起在德国乌尔姆大学有机化学II及先进功能材料研究所做Habilitand，任树形共轭分子及有机薄膜光伏研究组组长。在德国工作期间，主持负责德国国家自然科学基金（DFG）以及德国联邦教育与研究部门项目（BMBF）各一项。长期从事有机光电功能材料的设计、合成、表征已及应用研究。主要侧重于具有大共轭体系的寡聚，高聚功能材料的分子设计与合成，及其在有机太阳能电池，有机晶体管，有机电致发光等方面的应用。在Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater., J. Am. Chem. Soc.等杂志发表论文学术论文30余篇，相关结果被引用超过430多次。并多次在国际学术会议上作报告。2011年6月起任中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员。
        骆群，研究员。2006年毕业于郑州大学，获工学学士学位。2011年毕业于浙江大学，获工学博士学位。2011年1月至7月于法国雷恩一大化学系进行联合培养交流。2011年11月加入中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所从事博士后研究工作，2015年5月起任副研究员。
自2011年起一直从事柔性印刷薄膜太阳能电池相关的电子墨水开发以及界面工程相关研究工作，迄今为止在该方向发表SCI论文20余篇，作为项目负责人和学术骨干先后主持和参与项目十余项。