通过应变弛豫调控实现高性能柔性赝平面异质结有机太阳能电池

光敏薄膜合理增韧对于开发坚固且柔性的有机太阳能电池 （F-OSC） 至关重要此类电池的性能始终受薄膜内机械应变和热力学弛豫的影响。然而，这些性能的潜在决定因素以及调控柔性器件整体性能的量化指标，目前尚未得到全面明晰的界定。

在此，本研究展示了一种细晶强化策略，旨在缓解小分子受体薄膜中的过度聚集或结晶现象。具体而言，聚乙烯氧化物（PEO）侧链的局部运动产生二次热力学弛豫，该弛豫通过氢键相互作用限制了自由体积的波动，进而抑制了小分子受体薄膜中非理想的热力学行为和残余富集状态。这些作用有助于提升屈服强度、减少微裂纹的产生，并增强供体/受体界面的断裂能。最终，优化后的F - OSCs表现出优异的光电转换效率（PCE），分别为19.12%（器件面积0.04 cm²）和16.92%（器件面积1.00 cm²），且在85 °C下加热2600小时后，仍能保持初始效率的80%。此外，器件的柔韧性和机械稳健性也得到了优化，其弹性模量和刚度分别降低了50.68%和5.71%。

在相关研究领域，南昌大学化学化工学院的陈义旺教授、孟祥川教授和谈利承教授带领团队，围绕柔性有机太阳能电池的性能优化展开了深入研究。他们展示了一种基于聚环氧乙烷（PEO）增稠剂的细晶强化策略，用于缓解小分子受体（SMA）薄膜的过度聚集或结晶现象，这有助于协同优化聚合物 - 聚合物异质结柔性有机太阳能电池（PPHJ F - OSCs）的效率、环境稳定性和机械稳定性。结合掠入射X射线衍射（GIXRD）和动态力学分析（DMA）的协同表征表明，PEO侧链局部运动产生的二次热力学弛豫通过氢键相互作用限制了自由体积的波动，从而抑制了SMA薄膜中的非理想热力学行为和残余富集状态。这些作用有助于提高晶界屈服强度、减少薄膜微裂纹，并增强供体/受体界面的断裂能，为柔性器件的协同优化提供了可能。

最终，二元柔性有机太阳能电池展现出18.73%的优异光电转换效率（PCE），并在85 °C下加热2600小时后仍能保持初始效率的80%；而基于三元体系的最优柔性器件则实现了19.12%的高效PCE。在柔韧性和机械稳健性方面，柔性器件即使在60°的弯曲幅度下也能保持初始效率的42.07%，且弹性模量和刚度分别降低了50.68%和5.71%。当柔性器件的有效面积扩大至1.00 cm²时，其优化后的PCE达到16.92%。

总之，该团队通过热力学调控和SMA薄膜分析，探索了优化活性层综合性能的可行性，这为柔性有机光伏器件在效率、机械性能和环境稳定性方面的协同提升提供了有益的参考。

文献信息：

A Strain Relaxation Modulation for Printing High-performance Flexible Pseudo-Planar Heterojunction Organic Solar Cells

Rui Gong, Qing Yan, Zhi Xing, Hanlin Wang, Licheng Tan, Xiangchuan Meng, Xiaotian Hu, Yiwang Chen

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202501033