北京
主要内容
新兴可穿戴电子器件有望借助有机太阳能电池（OSCs）的柔性与拉伸性实现创新发展。然而，实现光电转换效率（PCE）与机械稳健性的协同提升仍是一大核心挑战 —— 为提升光伏材料柔性而进行的分子结构修饰，通常会损害电荷的传输与提取性能。针对这一关键瓶颈，北京航空航天大学孙艳明、孙晓波及 Xiaopeng Duan 等人开展专项研究，以 PM6 的聚合反应为基础，通过精准调控 1,3,5 - 三 (溴甲基) 苯的引入含量，设计并合成了三种具有星型支化网状结构的星型支化聚合物给体（SPD：S1、S2、S3）。
这类星型支化聚合物给体凭借独特的可变形网络结构，能有效限制分子链的移动与错位，使其柔性、拉伸稳健性及本征拉伸性均实现显著跃升：与线性纯相 PM6（断裂应变 10.46%）相比，S1、S2、S3 的断裂应变分别提升至 12.70%、15.33% 和 19.16%，进而大幅增强了器件的抗应力能力、抗疲劳耐久性与机械柔韧性。更重要的是，这些星型支化聚合物给体可自组装形成精细的纤维状结构，在显著提升机械性能的同时，完美保留了优异的光电子性能：基于 S2:L8-BO 的器件，刚性基底上效率达 19.51%，柔性基底上为 18.39%，拉伸态下为 15.40%；三元器件效率更是高达 20.48%，光伏性能全面优于 PM6 基器件。
在柔性 OSCs 中，所有基于 SPD 的器件均展现出卓越的弯曲耐久性，经过 6000 次弯曲循环后仍能保留初始效率的 80% 以上；在可拉伸有机太阳能电池（IS-OSCs）中，基于 S2 和 S3 的器件，其耐受的拉伸应力与循环拉伸寿命达到 PM6 基器件的两倍。同时，交联中心的引入有效抑制了给体材料在环保型非卤代溶剂中的聚集，经邻二甲苯（o-XY）加工的 OSCs，光电转换效率（PCE）达到 20.26%，与经氯仿（CF）加工的器件效率（20.48%）基本持平，为绿色环保加工提供了可行路径。
孙艳明、孙晓波及 Xiaopeng Duan 团队提出的网络工程策略，成功破解了效率与机械柔韧性之间的 “跷跷板” 难题，是一种能让高性能给体材料同时适配柔性、可拉伸 OSCs，且兼容非卤代溶剂加工的创新方法。该成果不仅为高性能有机太阳能电池作为可穿戴电子器件的可靠电源走向商业化奠定了坚实基础，更对可穿戴有机光伏器件的大面积工业化制备具有里程碑式的指导意义。
文献信息
Star-branchedpolymerdonorsenablinghigh-performanceorganicsolarcellswithsuperiorflexibilityandintrinsicstretchability
CenZhang,XiaopengDuan,ChunhuiLiu,LuoxiPei,JunjieZhang,BaixueChang,MinHunJee,HanYoungWoo,LongYe,XiaoboSun&YanmingSun
https://www.nature.com/articles/s41467-025-65044-z
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