- 學(xué)術(shù)信息柔性有機太陽能電池研究取得進展2018-06-23 來源： | 點擊率：
有機太陽能電池具有質(zhì)輕、柔性、成本低、弱光響應(yīng)等優(yōu)點，是當(dāng)前太陽能電池技術(shù)的前沿?zé)狳c研究方向。高效率﹑耐彎折和廉價的柔性有機太陽能電池在柔性可穿戴和便攜式電子設(shè)備、光伏建筑一體化和軍事等領(lǐng)域具有很強的應(yīng)用潛力。目前，大多數(shù)有機太陽能電池的研究結(jié)果都是基于剛性的氧化錫（ITO）玻璃基板。但有機太陽能電池如果要實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，其真正的優(yōu)勢是采用低成本的濕法印刷和卷對卷大面積工藝制造。在有機太陽能電池中，最常用的電極材料是銦摻雜的氧化錫（ITO）。然而，ITO在塑料基板上存在導(dǎo)電性差和機械脆性等問題，而且ITO通常在高溫下通過真空濺射進行加工，這使得其價格昂貴，并且不利于采用大面積印刷和卷對卷來制備。已經(jīng)有一些報道采用新的電極材料來代替?zhèn)鹘y(tǒng)ITO，如納米銀線、石墨烯、碳納米管、導(dǎo)電聚合物等，其中聚（3,4-亞乙基二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸）（PEDOT:PSS）薄膜的成本相對較低，并且該薄膜表現(xiàn)出高光學(xué)和電學(xué)特性、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、良好的柔韌性等。利用酸摻雜PEDOT:PSS可以大幅提高其導(dǎo)電率，但目前報道的大多數(shù)采用強酸如硫酸、硝酸等進行摻雜，再進行高溫后處理，容易損傷PET等柔性塑料基板。
近日，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員葛子義團隊在前期高效率有機太陽能電池研究的基礎(chǔ)上（Nature Photonics, 2015, 9, 520；Advanced Materials, 2018, 30, 1703005; Macromolecules, 2018, DOI: 10.1021/acs.macromol.8b00683; Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6, 464），在柔性有機太陽能電池領(lǐng)域又取得新進展，創(chuàng)新性地開發(fā)了低溫酸處理PEDOT:PSS電極替代需要高溫濺射且昂貴的ITO電極。通過低溫甲磺酸處理來提高PEDOT:PSS薄膜的導(dǎo)電性、降低薄膜的粗糙度，同時避免傳統(tǒng)的強酸處理對柔性塑料襯底的破壞。進而利用全溶液加工技術(shù)，采用PBDB-T和IT-M非富勒烯活性層，制備了全濕法加工非ITO的單結(jié)柔性有機太陽能電池，電池的能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10.12%，這是迄今報道的全濕法加工的柔性有機太陽能電池的最高效率。而且這類全溶液加工的柔性有機太陽能電池非常符合卷對卷印刷和刮涂等大面積制備工藝的技術(shù)要求，為有機太陽能電池低成本柔性化制備提供了重要的參考途徑。該項工作以All Solution-Processed Metal Oxide-Free Flexible Organic Solar Cells with Over 10% Efficiency 為題發(fā)表在國際期刊《先進材料》（Advanced Materials）上。葛子義和團隊成員樊細(xì)為該論文的共同通訊作者，碩士生宋偉為第一作者。
上述研究得到了國家重點研發(fā)計劃（2017YFE0106000和2016YFB0401000）、國家自然科學(xué)基金（51773212, 21574144和21674123）、中科院前沿科學(xué)重點研究項目（QYZDB-SSW-SYS030）、中科院重點國際合作項目 （174433KYSB20160065）、中科院交叉創(chuàng)新團隊、浙江省杰出青年基金（LR16B040002）和寧波市科技創(chuàng)新團隊（2015B11002，2016B10005）等資助。（來源：中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所）
圖：柔性有機太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖和光伏特性曲線
