山大郝曉濤AM：控制有效彈性體密度，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械性能穩(wěn)健且高效率的IS - OSCs

主要內(nèi)容

本征可拉伸有機(jī)太陽(yáng)能電池（IS - OSCs）在下一代可穿戴電子設(shè)備領(lǐng)域展現(xiàn)出極為廣闊且**潛力的應(yīng)用前景。引入熱塑性彈性體（TPEs）為提升器件的機(jī)械順應(yīng)性提供了一條經(jīng)濟(jì)高效的實(shí)現(xiàn)路徑，然而，TPE結(jié)構(gòu)多樣性對(duì)器件性能產(chǎn)生的多方面影響，在很大程度上尚未得到全面且深入的研究與重視。

在此關(guān)鍵研究背景下，山東大學(xué)郝曉濤教授、杜曉艷教授與天津大學(xué)葉龍教授強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，帶領(lǐng)其精英科研團(tuán)隊(duì)積極開(kāi)展相關(guān)研究。團(tuán)隊(duì)**創(chuàng)新性地引入了有效彈性體密度（De）這一概念，并將其作為統(tǒng)一的分子描述符，旨在精準(zhǔn)定量地評(píng)估彈性體結(jié)構(gòu)對(duì)本征可拉伸有機(jī)太陽(yáng)能電池形貌和功能的具體影響。

研究結(jié)果清晰地表明，增加De能夠通過(guò)誘導(dǎo)無(wú)定形區(qū)域中的疇粗化和表面粗糙化，從而有效提升電池的可拉伸性。但與此同時(shí)，這一過(guò)程也會(huì)不可避免地延長(zhǎng)激子壽命，抑制電荷的提取和傳輸效率。值得注意的是，當(dāng)De達(dá)到1.5 mol m?3這一臨界值時(shí)，本征可拉伸有機(jī)太陽(yáng)能電池在性能上實(shí)現(xiàn)了**平衡。此時(shí)，其初始光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）高達(dá)14.3%，并且在30.6%的應(yīng)變條件下，仍能穩(wěn)定保持初始光電轉(zhuǎn)換效率的80%。這一性能表現(xiàn)，是目前采用彈性體增塑策略的本征可拉伸有機(jī)太陽(yáng)能電池中所報(bào)道的**水平。

總之，該精英科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)可控引入彈性體，成功為本征可拉伸有機(jī)太陽(yáng)能電池（OSCs）的合理設(shè)計(jì)構(gòu)建了一個(gè)全面且系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) - 功能框架。借助有效彈性體密度（De）這一統(tǒng)一描述符，團(tuán)隊(duì)精準(zhǔn)且定量地將苯乙烯 - 乙烯 - 丁二烯 - 苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）的結(jié)構(gòu)特征與所得的形貌、光電響應(yīng)和機(jī)械性能緊密關(guān)聯(lián)起來(lái)。增加De雖可提高可拉伸性，但由于無(wú)定形相分離引發(fā)的形貌破壞（如疇粗化和表面粗糙化），會(huì)導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）降低，并且這些變化伴隨著激子壽命的延長(zhǎng)以及電荷提取受到抑制。在臨界De = 1.5 mol m?3時(shí)，本征可拉伸有機(jī)太陽(yáng)能電池（IS - OSC）器件達(dá)成性能**平衡，取得上述優(yōu)異成果。此外，De作為預(yù)測(cè)性描述符的有效性不僅局限于SEBS體系，在多種彈性體添加劑和光活性共混體系中均展現(xiàn)出良好的普適性和可靠性。總體而言，該研究深入且細(xì)致地揭示了SEBS影響機(jī)械和光電性能的內(nèi)在機(jī)制，為高性能本征可拉伸光電器件的開(kāi)發(fā)提供了適用范圍廣泛、具有高度指導(dǎo)意義且可操作性的定量框架。

文獻(xiàn)信息

Control of Effective Elastomer Density Enables Mechanically Robust and High-Efficiency Intrinsically Stretchable Organic Solar Cells

Ming Sun, Chen Wang, Mengfei Xiao, Fengbo Sun, Hao Wang, Yujie Xu, Zhen Fu, Wenqing Zhang, Xinxin Xia, Hang Yin, Maojie Zhang, Long Ye, Xiaoyan Du, Xiao-Tao Hao

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202514031

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