西湖大学柳佃义团队ACS AMI编辑精选：厚度仅为200 nm 的超薄、超柔、超轻有机太阳能电池

超薄有机光伏（OPV）器件具有超柔、超共形和超轻的特性，在电子皮肤和可穿戴电源等方面具有广阔的应用前景。当前文献报道的超薄（< 10 µm）OPV器件的厚度主要由基底决定。然而，这些超薄基底的存在也带来了一些挑战：一方面，基底的弯曲刚度仍然限制了OPVs的弯曲和贴合能力，尤其是在复杂微结构表面上。另一方面，超薄OPV与基底和目标物体之间的自粘附性通常不足，需外部辅助以确保OPV与目标表面的紧密贴合。

近日，西湖大学柳佃义团队采用水中剥离工艺，制备出了无基底的超薄超柔超轻OPV。器件的总厚度约200 nm，是目前报道的最薄的OPV器件。超薄OPV器件的PCE为11.6%，其功率质量比为109.4 W g-1，是所有类型太阳能电池中的最高值。（图1）

图1 超薄OPV的器件结构、制备流程图、不锈钢丝环上的超薄OPV展示、超薄OPV截面SEM图、各类光伏器件的功率质量比统计。

超薄OPV曲率半径可小至2 μm以下，在1000次压缩-拉伸测试后PCE仍能保持为初始值的90%，展示出极好的柔性。

图2 超薄OPV在PDMS上经过压缩后产生的褶皱光学形貌、褶皱三维形貌、褶皱截面轮廓曲线和曲率曲线、超薄OPV在不同压缩-拉伸循环下的归一化性能变化。

此外，超薄、超柔、超轻的OPV器件还具有良好的自粘性和共形能力，可以轻松地自粘附且完美共形至复杂表面，甚至可以贴合到昆虫的翅膀上，而不影响昆虫飞行。

图3 基于玻璃基底OPV和附着在玻璃半球上超薄OPV的J-V曲线、超薄OPV在肥皂泡及树叶和草蛉虫翅膀上的照片。

通过简单的剥离工艺获得了一种超薄的无基底 free-standing OPV，是迄今为止最轻、最薄、最柔的OPV器件。超薄OPV表现出出色的共形能力和自粘性，无需外部辅助便能附着在曲面或其他复杂的表面上。超轻、超柔、超薄的特性使free-standing OPV在需要轻量化器件的应用中具有很高的价值，在可穿戴电子产品、无人机等方面具有很大应用前景。该器件也可以作为监测植物、昆虫和其他小型生物活动的候选设备，而不会影响它们的正常行为。

来源：高分子科学前沿

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