便携式可穿戴设备在人体健康监测、人机交互和医疗保健等方面具有巨大的应用潜力。除了基本的功能外，便携式可穿戴设备在实际场景中还需要优异的机械性能，如柔韧性、可拉伸性甚至可附着性。在现有的可穿戴电源技术中，全聚合物有机太阳能电池（OSCs）凭借优异的力学性能与光伏性能，展现出无与伦比的应用潜力。然而聚合后的小分子受体仍保留了小分子的部分力学性能和聚集性能，无法满足柔性器件的延展性要求。此外，柔性器件的PCE仍然滞后于刚性器件，并缺乏权威可靠的第三方认证，这无疑制约了柔性OSCs的实际应用，导致推广应用过程相对缓慢。因此，同时获得高光伏性能和优异的拉伸性能仍然是OSCs面临的巨大挑战。

  2024年12月10日，相关成果以“Synergistic Multimodal Energy Dissipation Enhances Certified Efficiency of Flexible Organic Photovoltaics Beyond 19%”为题发表在《Advanced Materials》上。论文的第一作者为南昌大学化学化工学院博士生李豪杰，通讯作者为南昌大学陈义旺教授和胡笑添教授。

图1 柔性器件的材料特性及光伏特性表征。（a）活性层材料的化学结构。（b）不同弹性体材料在活性层膜中的混相以及加入后柔性器件的最佳PCE。（c）华南计量中心基于0.102 cm²柔性器件的J-V特性曲线。（d）本研究中柔性器件认证PCE与2020年至2024年间报告文献的对比。基于25cm²。（e）柔性衬底和（f）可贴附式衬底模组的J-V特性曲线。（g）模组PCE随MPP跟踪试验时间。（h）模组示范应用的数码照片。

图4 薄膜中残余应力的下降有助于缺陷态密度的降低。（a）不同PU含量的活性层膜的GIWAXS二维图。（b）不同PU含量的活性层膜在相同弯曲次数下的XRD特征峰移图。（c）器件的阱态密度（tDOS）。（d）机械性能和光电性能共同提升的机理示意图。

  根据对活性层薄膜性能的分析，热塑性弹性体的增韧增效机理如图4d所示。在微观层面上，PU的加入有利于在活性层膜内构建多纤维网络结构，增强载流子输运性能，从而提高光伏性能。此外，当薄膜受到应变时，这种多纤维网络有助于有效耗散和传递能量，防止应力集中。在介观层面上，PU在给体/受体界面处起到“分子弹簧”的作用，增强了给体/受体之间的相互连接，使膜裂缝的扩展最小化，并耗散了界面处应变产生的能量。从宏观上看，PU的加入降低了活性层薄膜中的残余应力，提高了薄膜的力学性能，同时降低了缺陷态密度和载流子复合。简而言之，PU的加入有助于构建光纤网络结构，降低残余应力，从而改善载流子输运性能和多模态能量耗散。这种协同效应最终提高了柔性器件的光伏和机械性能。

  上述研究工作得到国家自然科学基金、江西省“双千计划”科技创新高端人才项目，以及北京大学长三角光电科学研究院等单位的支持。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202411989