《AFM》,具有优异单位重量功率性能的超柔性有机太阳能电池！

超柔性和超轻型光伏器件被认为是可穿戴电子系统的有前途的电源。可穿戴电子设备的独特要求包括重量轻以及在不同程度下承受拉伸和压缩的能力。有机光伏材料的高吸收系数和良好的延展性使电池非常薄(通常低于1um)，并显示出与超薄聚合物箔基板的良好兼容性，这引起了极大的关注。

来自中科院宁波材料所的研究人员，在这里报道了超薄和超轻的有机太阳能电池（OSC），总厚度小于3um，在柔韧性和拉伸能力方面具有优异的机械性能。该OSC实现了15.5%的稳定功率转换效率(PCE)和前所未有的32.07 W/g的单位重量功率(重量为4.83g·m^-2)，这是迄今为止报道的基于超薄箔衬底的性能最好的OSC之一。三元策略引入了PC₇₁BM分子非晶态构象的第三组分，可以在不降低电子迁移率的情况下，略微减少结晶和聚集，从而降低活性层的刚性和脆性。活性层延展性的增加显著提高了器件的机械灵活性，在200次拉伸-压缩循环后，PCE保持率超过90%。此外，该三元器件在充满N₂的手套箱中储存时表现出优异的稳定性，使得PCE即使在1000小时后仍保持超过95%的初始效率。这种超柔性和超轻质光伏箔构成了将电源集成到可延展电子纺织品的重要一步。相关论文发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202102694

图1.（a）超薄柔性OSC的器件结构。(b)包裹在直径为0.12毫米的铜线上的超柔性器件的照片

图2.(a)J_SC和V_oc对光强的依赖性。b)二元和优化的基于PC₇₁BM的三元器件的J_ph–V_eff曲线。

图3.a)二元和三元混合膜的形态演变示意图。

图4.a)附着在预拉伸弹性体上的可拉伸超薄OSC的示意图。

本研究中提出的超薄和超轻OSC(总厚度小于3um)具有优异的拉伸兼容性，在4.83g·m^-2的重量下，稳定的PCE为15.5%，无与伦比的单位重量功率为32.07瓦每克，这是基于超薄箔衬底的性能最好的OSC之一。结晶Y6相通过引入PC₇₁BM分子的无定形结构被抑制，以改善活性层的延展性，从而在三元器件中实现增强的器件机械和存储稳定性。经过800次压缩-拉伸循环后，超柔性三元OSC的PCE保留率达到83%以上，比二元体系高12%。此外，三元装置在充满N₂的手套箱中储存时表现出极好的稳定性，使得PCE在1000小时后仍保持其初始效率的95%以上。这些结果表明，结合超薄箔衬底和增加活性层的延展性是实现高效率、机械和存储鲁棒性的高效的方法。

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