近日，天津大学耿延候/叶龙团队联合兰州大学张浩力团队、中科院化学所侯剑辉团队、北京化工大学张志国团队，基于分子增韧新策略构筑了高效率本征可拉伸有机光伏电池，相关研究工作以“Simultaneously Improving Efficiency, Stability and Intrinsic Stretchability of Organic Photovoltaic Films via Molecular Toughening”为题发表于《Energy & Environmental Science》期刊。

  有机光伏电池因其轻质、柔性、半透明、色彩可调及可大面积溶液加工等优势，在便携式可穿戴电子设备和物联网等领域展现出广阔的应用前景。然而，为了满足各类可穿戴应用的需求，这些电池必须在经历数千次弯曲、拉伸等机械变形的同时，仍能保持稳定的功率输出。在这一背景下，本征可拉伸有机光伏电池（IS-OPV）作为一种新兴技术应运而生。IS-OPV最显著的优势之一是其在拉伸过程中能够保持甚至增强输出功率（Energy Environ. Sci., 2024, 17, 5950; Adv. Energy Mater., 2025, 2405217），这一特性在刚性光伏电池中从未被观察到，赋予其在未来柔性电子设备中的巨大应用潜力。

  尽管近年来IS-OPV在光电转换效率和力学性能研究方面取得了显著进展，但在实现长期稳定性和机械鲁棒性方面仍面临着关键挑战（Adv. Mater., 2024, 36, 2307278; Prog. Polym. Sci., 2024, 159, 101899）。目前，效率超过20%的有机光伏器件主要依赖于非富勒烯小分子受体，然而这类材料普遍具有很高的脆性，导致其共混薄膜的断裂应变通常小于8%，极大限制了器件的机械耐久性。这一脆性问题在基于非富勒烯小分子受体的有机光伏共混薄膜中广泛存在。因此，如何在光、热和机械应力的共同作用下，实现兼具高效率、优异耐久性和长期运行稳定性的IS-OPV，仍然是该领域亟待攻克的重要课题。

图1. 分子增韧剂TDY-α的结构及其在构筑IS-OPV的应用示意图。（b）刚性器件的J-V曲线。（c）最优的PM6:eC9:TDY-α共混体系在不同溶剂中的光电转换效率对比。（d）在100 ^oC连续热退火下共混薄膜的稳定性。

  同步辐射掠入射X射线散射结果表明，TDY-α的引入可有效调节受体分子的聚集和结晶行为，从而改善共混薄膜的形貌稳定性，提高载流子迁移率，减少非辐射能量损失，并有效抑制电荷复合。在PM6:eC9体系中，加入20 wt%的TDY-α时，器件的光电转换效率提高至18.80%，显著高于二元体系PM6:eC9（17.76%）和PM6:TDY-α（16.02%）。此外，当采用非卤溶剂邻二甲苯（o-XY）进行器件加工时，在刚性器件中实现了19.10%的光电转换效率，进一步展现了该策略的环保潜力。同时，优化后的三元共混薄膜在100 ^oC退火后仍保持优异的热稳定性。

图2. （a）不同活性层厚度的二元和最优三元刚性器件的光伏效率。（b）基于500 nm活性层厚度的器件外量子效率曲线。（c）弹性体上薄膜拉伸和水上薄膜拉伸两种测试方法的示意图。（d）不同厚度的PM6:eC9:TDY-α共混膜在其裂纹起始应变（COS）和20%、40%应变下的显微图像。（e）使用FOE方法测试的不同厚度共混膜的COS值。（f）高分子超薄膜拉伸测试仪测得的不同厚度共混膜的应力-应变曲线。

图3. （a）IS-OPV器件结构示意图。（b）基于PM6:eC9:TDY-α共混薄膜的最优IS-OPV器件的J-V曲线。（c）IS-OPV器件在不同应变下的PCE和输出功率。（d）IS-OPV器件的弯曲测试结果。（e）IS-OPV器件在15%应变下循环拉伸测试结果。

  论文信息：

  Kaihu Xian, Kai Zhang, Tao Zhang, Kangkang Zhou, Zhiguo Zhang, Jianhui Hou, Haoli Zhang, Yanhou Geng, Long Ye*, Simultaneously Improving Efficiency, Stability and Intrinsic Stretchability of Organic Photovoltaic Films via Molecular Toughening, Energy & Environmental Science, 2025, DOI: 10.1039/D4EE05893C.

  https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/ee/d4ee05893c