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江西师范大学/南昌大学陈义旺团队 Adv. Mater.:聚合物自发诱导构筑高效柔性准平面异质结有机太阳电池
2023-11-01  来源:高分子科技

  柔性有机太阳电池(FOSCs)作为一种有前景的可穿戴电子设备的便携式电源,引起了研究人员的广泛关注。然而,柔性有机太阳电池的能量转化效率(PCE)以及机械稳定性不足,严重的阻碍了其商业化进程。顺序刮涂工艺对给体和受体(D/A)分别进行涂布,能够精准调控活性层中D/A的垂直相分布,协同提升FOSCsPCE和机械稳定性。


  近日,陈义旺教授团队提出聚合物增韧策略,在有机太阳电池的柔性印刷制备方面取得了创新性成果。该工作以《Polymer-entangled spontaneous pseudo planar heterojunction for constructing efficient flexible organic solar cells》为题在国际材料领域的顶级期刊《Advanced Materials》上发表。江西师范大学为论文第一完成单位,江西师范大学化学化工学院博士生张家友为本文第一作者,南昌大学化学化工学院博士生毛厚东为共同第一作者,江西师范大学高等研究院陈义旺教授、张立福博士以及天津大学叶龙教授为本论文共同通讯作者。


  该论文中,使用聚合物给体(PM6)作为增韧剂加入到上层受体(BTP-eC9)溶液中,采用顺序刮涂工艺制备增韧型准平面异质结(Toughened-PPHJ)有机太阳电池。令人惊讶的是,Toughened-PPHJ型薄膜表现出优异的抗拉伸性能,其断裂起始应变(COS)为11%,是本体异质结型(BHJ)薄膜的两倍(5.5%),该值为聚合物/小分子体系中的最高值之一。同时,Toughened-PPHJ型器件的短路电流密度(JSC)和填充因子(FF)均有较大提升,优化后的PCE高达18.16%,高于传统BHJ型器件(16.99%)。对薄膜弯曲过程中的应力分布进行有限元模拟,结果表明Toughened-PPHJ型薄膜能够更好的释放残余应力。最后,在1000次弯折循环后,基于Toughened-PPHJ型的1 cm2FOSCs保留了92%以上的原始PCE

 

1. 所用材料的化学结构式、能级图、顺序刮涂示意图、薄膜垂直相分离示意图、给体/受体(D/A)深度分布、薄膜激子产生率分布

 

2. 刮涂成膜动力学探究

 

3. 三种结构薄膜结晶性表征

 

4. 器件性能测试

 

5. 三种结构薄膜电荷动力学表征

 

6. 柔性器件的机械稳定性测试


  原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202309379?af=R

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