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全聚合物太陽(yáng)能電池研究獲進(jìn)展
近年來(lái)，全聚合物太陽(yáng)能電池引起獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)吸引了越來(lái)越多研究者的關(guān)注。
近日，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所研究員包西昌帶領(lǐng)著先進(jìn)有機(jī)功能材料與器件研究組，有效地提高了亞晶相的分子間作用強(qiáng)度和有序性，使全聚合物太陽(yáng)能電池的光伏性能和機(jī)械穩(wěn)定性都大大提高。相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際能源領(lǐng)域期刊《能源與環(huán)境科學(xué)》上。
據(jù)了解，全聚合物太陽(yáng)能電池具有良好的透明性、溶液加工性和出色的機(jī)械靈活性等優(yōu)點(diǎn)。但是，聚合物存在長(zhǎng)共軛分子骨架和大分子量使得微觀形態(tài)難以調(diào)控，限制了全聚合物太陽(yáng)能電池的短路電流密度和填充因子。此外，作為評(píng)估應(yīng)用前景的關(guān)鍵，柔性器件的應(yīng)力應(yīng)變特性與機(jī)械穩(wěn)定性之間沒(méi)有明確統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，不僅制約了光伏器件性能與機(jī)械穩(wěn)定性的發(fā)展，也混淆了未來(lái)的研究方向。
為打破這些限制，該研究組設(shè)計(jì)了具有苯基烷基側(cè)鏈的小分子作為固體添加劑，在特征側(cè)鏈的輔助下，與聚合物受體產(chǎn)生多重非共價(jià)相互作用。有效地提高了亞晶相的分子間作用強(qiáng)度和有序性，使全聚合物太陽(yáng)能電池的光伏性能和機(jī)械穩(wěn)定性都大大提高。其中，尤其添加劑苯基烷基的苯基與受體端基之間形成了新的非共價(jià)鍵。
值得注意的是，研究組通過(guò)獨(dú)立誘導(dǎo)分子堆疊和垂直相分離，偽平面異質(zhì)結(jié)的全聚合物太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)了19.01%的效率和近80%的填充因子，是當(dāng)前全聚合物太陽(yáng)能電池的最高值之一。同時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)研究斷裂伸長(zhǎng)率、韌性、彈性變形、彈性模量和屈服強(qiáng)度等各種變量在應(yīng)力應(yīng)變下的變化，揭示出活性層的彈性形變比傳統(tǒng)斷裂伸長(zhǎng)率和彈性模量能更真實(shí)地反映器件的相分離自修復(fù)能力和彎曲穩(wěn)定性。
這一發(fā)現(xiàn)為開(kāi)發(fā)具有優(yōu)異性能和機(jī)械靈活性的先進(jìn)全聚合物太陽(yáng)能電池提供了重要研究思路。
論文相關(guān)信息：https://doi.org/10.1039/D4EE01117A
該工作近期發(fā)表在國(guó)際能源領(lǐng)域著名期刊Energy & Environmental Science上。論文第一作者為王劍曉博士、李永海副研究員；通訊作者為包西昌研究員，研究得到了褚君浩院士的悉心指導(dǎo)。該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、山東能源研究院專項(xiàng)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金以及山東省博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
