刚性16.67％和柔性14.06％的高效率三元有机太阳能电池

有机太阳能电池（OSCs）因具有成本低、质量轻和可柔性化等诸多优点，在柔性和便携式设备中具有广泛的应用前景，受到越来越多的重视。同时，新材料和新工艺的不断涌现，使得OSCs的光电转换效率（PCE）得到迅速的提高，其PCE从最初的低于1%到目前超过16%。但是如何构筑更高效的OSCs器件，特别是提高柔性OSCs的效率和耐弯折性能，满足未来实用化要求是目前需要面对的问题。相比于二元体系OSCs，多组分体系OSCs能在一定程度上进一步拓展有机光活性层的吸收范围，增强对太阳光的利用效率，被认为是一种提高OSCs效率的有效方法。

近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所葛子义研究员团队在高效OSCs领域取得新进展，通过三元共混策略获得单结刚性16.67%和柔性14.06%效率的OSCs原型器件，是目前公开报道的单结刚性和柔性OSCs的最高效率之一。科研人员通过在宽带隙聚合物给体PM6和窄带隙受体Y6二元体系中引入第三组分PC71BM，调控三元体系的光吸收和薄膜形貌。研究发现，基于PM6:Y6:PC71BM的三元活性层，PC71BM的引入增强了薄膜在300-500nm范围的光吸收。同时，两受体Y6和PC71BM之间存在明显的能量转移，降低了体系的能量损失。另外，PC71BM的引入能够进一步优化薄膜的微观形貌和结晶性，为电荷解离和提取提供了更多通道，从而显著提高了OSCs的填充因子，最终获得16.67%效率的OSCs器件。进一步，在PM6:Y6:PC71BM三元体系的基础上，基于PEDOT:PSS(PH1000)/PET柔性透明电极制备的无ITO柔性OSCs，其最高PCE达到14.06%。经过1000次连续弯曲（弯曲半径r = 5 mm）后测试，仍能保持初始PCE的90%。这项研究为制备高效的刚性&柔性OSCs提供了重要的参考。