我校王逸凡副教授、刘亚辉教授、薄志山教授合作在能源类顶刊Joule上发表论文

新闻网讯 近日，我校材料科学与工程学院王逸凡副教授，纺织服装学院刘亚辉教授、薄志山教授合作在柔性有机光伏领域取得重要研究进展，在能源类顶刊Joule上发表了题为“High-Efficiency Ultra-flexible Organic Solar Cells Enabled by Chloroprene Rubber as Both a Nonvolatile Solid Additive and Plasticizer”的研究成果。该文章共同第一作者为材料学院2022级研究生韦正栋、王逸凡副教授。论文通讯作者是王逸凡副教授、刘亚辉教授、薄志山教授，四川大学李鸿祥副研究员、美国西北大学Antonio Facchetti教授和Tobin J. Marks教授。

有机太阳能电池（OSCs）相比于传统的硅太阳能电池具有许多优势，包括机械柔韧性、低成本的可扩展制造、光吸收的可调性等。在应用方面，OSCs的优势不仅使得制备轻便且可弯曲的太阳能电池成为可能，还能将太阳能电池运用到更广泛的领域，如可穿戴设备、电子皮肤和植入式医疗监测器。然而有机半导体由π-共轭芳香核/骨架构成，具有强烈的链内和链间π-π相互作用，形成有序的排列和结晶，这导致薄膜在受到外界拉伸应力时容易发生断裂。为了提高薄膜的拉伸性能，其中一种策略是将绝缘弹性体作为增塑剂引入到活性层中，来提高薄膜的机械韧性。然而绝缘性质的弹性体加入会降低电荷传输使得光伏性能下降，如何在不牺牲光伏性能情况下提高机械性能是目前的研究重点问题。

为了解决这一问题，研究团队将氯丁橡胶（CR）引入到活性层中。由于CR中卤素与双键的存在，CR与D18聚合物给体之间形成了分子间相互作用（包括卤素相互作用与π-π相互作用），这些相互作用增强了D18分子的堆积，并形成了一个互锁的三维网络，从而同时提高了器件的光伏性能（在少量添加下）与机械延展性。因而CR同时充当了固体添加剂和增塑剂的作用（图1）。基于本项策略，结合Parylene 作为超柔性基底，研究团队构筑了高效率超柔性有机太阳能电池（图2）。最终，基于此的刚性有机太阳能电池器件效率达到19.25%，超柔性器件效率达16.91%。活性层断裂应变从4.66%提升至22.86%。并且，器件的机械稳定性得到很大提高，在5000次压缩循环后仍保持89.9%的初始效率。

图1. 氯丁橡胶充当固体添加剂和增塑剂

图2.为超柔性有机太阳能电池助力可穿戴设备