江西师范大学/南昌大学陈义旺团队 Adv. Mater.：聚合物自发诱导构筑高效柔性准平面异质结有机太阳电池

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柔性有机太阳电池（FOSCs）作为一种有前景的可穿戴电子设备的便携式电源，引起了研究人员的广泛关注。然而，柔性有机太阳电池的能量转化效率（PCE）以及机械稳定性不足，严重的阻碍了其商业化进程。顺序刮涂工艺对给体和受体（D/A）分别进行涂布，能够精准调控活性层中D/A的垂直相分布，协同提升FOSCs的PCE和机械稳定性。

近日，陈义旺教授团队提出聚合物增韧策略，在有机太阳电池的柔性印刷制备方面取得了创新性成果。该工作以《Polymer-entangled spontaneous pseudo planar heterojunction for constructing efficient flexible organic solar cells》为题在国际材料领域的顶级期刊《Advanced Materials》上发表。江西师范大学为论文第一完成单位，江西师范大学化学化工学院博士生张家友为本文第一作者，南昌大学化学化工学院博士生毛厚东为共同第一作者，江西师范大学高等研究院陈义旺教授、张立福博士以及天津大学叶龙教授为本论文共同通讯作者。

该论文中，使用聚合物给体（PM6）作为增韧剂加入到上层受体（BTP-eC9）溶液中，采用顺序刮涂工艺制备增韧型准平面异质结（Toughened-PPHJ）有机太阳电池。令人惊讶的是，Toughened-PPHJ型薄膜表现出优异的抗拉伸性能，其断裂起始应变（COS）为11%，是本体异质结型（BHJ）薄膜的两倍（5.5%），该值为聚合物/小分子体系中的最高值之一。同时，Toughened-PPHJ型器件的短路电流密度（J_SC）和填充因子（FF）均有较大提升，优化后的PCE高达18.16%，高于传统BHJ型器件（16.99%）。对薄膜弯曲过程中的应力分布进行有限元模拟，结果表明Toughened-PPHJ型薄膜能够更好的释放残余应力。最后，在1000次弯折循环后，基于Toughened-PPHJ型的1 cm²的FOSCs保留了92%以上的原始PCE。

图1. 所用材料的化学结构式、能级图、顺序刮涂示意图、薄膜垂直相分离示意图、给体/受体(D/A)深度分布、薄膜激子产生率分布

图2. 刮涂成膜动力学探究

图3. 三种结构薄膜结晶性表征

图4. 器件性能测试

图5. 三种结构薄膜电荷动力学表征

图6. 柔性器件的机械稳定性测试

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202309379?af=R

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