葛子义团队Advanced Materials：在柔性OSCs领域得到的最大PCE(17.91%)其裂纹起始应变超过11%

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前言回顾

随着可穿戴电子设备市场的增长，人们对发电机的要求也越来越严格。有机太阳能电池（OSCs），由于其重量轻、具有灵活性和可加工性，成为了柔性电源的理想选择。近年来，随着对OSCs的不断研究，功率转换效率（PCE）也有所提高，基于玻璃的OSCs的PCE现已超过19%。然而，柔性OSCs的发展却远落后于刚性器件，最先进的柔性OSCs也仅仅只能提供约17%的PCE。因此，提高柔性OSCs的PCE 成为我们的首要目标。

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文献简介

基于此，宁波材料所葛子义等人合成并评估了三种由柔性烷基链连接的韧性低聚受体（DOA），即DOY-C2、DOY-C4和TOY-C4。为了优化DOAs对OSCs的光物理、机械和光伏性能的影响，我们设计并合成了在桥接单元（乙基和丁基）和单体数量（2和3）中具有不同烷基链长度的DOAs。不同的DOAs表现出了不同的堆叠方式和混溶性，这对器件性能有关键影响。通过往高效的D18:N3共混体系中加入15 wt%的DOAs，三元薄膜的COS值都从7.8%增加到了12%，比二元薄膜增加了50%以上。基于D18:N3:DOY-C4的OSCs，不论是刚性还是柔性的，均获得较突出的PCE，其值分别是19.01%和17.91%，高于参考装置（PCE:18.23%和17.06%）。此外，在曲率半径（r）为2mm的条件下，进行2000个连续弯曲循环后，柔性OSCs依旧保留了98%的初始PCE，且表现出较强的机械稳定性（保留了89%的初始PCE）。实验结果表明，在PD:SMA系统中加入DOA可以有效地合成具有高PCE的柔性装置。

图1. (a-c) 纯膜的2D-GIWAXS图像; (d) 纯膜OOP方向的线切割轮廓; (e) 纯膜的d-间距和CCLs的直方图; (f) 纯膜的DMT模量和Rq的直方图; (g-j) 纯膜的DMT模量图像

图2. (a) 最佳器件的J-V曲线; (b) a图的相应EQE；(c-f)  D18:N3、D18:N3:DOY-C2、D18:N3:DOY-C4和D18:N3:TOY-C4的EL光谱和归一化  s-EQE值; (g) 设备的EQEEL值; (h) 器件的Voc; (i) 器件的电子和空穴迁移率

图3. (a) 灵活的OSCs的设备结构图；(b) 最佳柔性器件的J-V曲线; (c) 活性层的机械性能; (d) 弯曲后柔性器件的PCEs保留率; (e) 活性层的COS值; (f) 柔性OSCs的PCE vs本研究和先前研究中活性层的COS

图4.具有20%拉伸变形的薄膜的光学显微镜图像。(a-c) D18:N3 (1:1.3)、D18:DOY-C4 (1:1.3)和D18:N3:DOY-C4 (1:0.9:0.4)；(d-f) 在变形拉伸20%后，收缩到15%的膜的光学显微镜图像。D18:N3 (1:1.3)、D18:DOY-C4 (1:1..3) 和D18:N3:低聚物 (1:0.9:0.4)；低聚物的分子间相互作用示意图。(g-i) D18:N3、D18:DOY-C4和D18:N3

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文献总结

总之，该课题组设计并合成了三种具有不同柔性桥链和分子链长度的DOY-C2、DOY-C4和TOY-C4，并表征了它们的光学、结晶、动力学和机械性能。其中，DOY-C4表现出最佳的柔性、堆叠模式和最低的玻璃转变温度。通过将DOY-C4添加到D18:N3后，其刚性OSCs的PCE从18.23%增加到19.01%，柔性OSCs也从17.06%增加到17.91%，这可归结于器件的电压损耗降低。此外，三元薄膜的力学性能也有了明显的提高。与D18:N3膜相比，三元膜的COS提高到约12%。该研究也证明了韧性低聚物可以使柔性OSCs同时具有高PCE和机械耐用性。相关研究成果发表于国际知名期刊《Advanced Materials》，题为“Ductile Oligomeric Acceptor-modified Flexible Organic Solar Cells show Excellent Mechanical Robustness and near 18% Efficiency”。

本文关键词：裂纹起始应变；灵活的；低聚物受体；有机太阳能电池

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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