北航孫艷明NC: 20.48% 效率 ！延展性+柔韌性，星型聚合物給體賦能OSCs

主要內(nèi)容

新興可穿戴電子器件有望借助有機(jī)太陽能電池（OSCs）的柔性與拉伸性實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展。然而，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）與機(jī)械穩(wěn)健性的協(xié)同提升仍是一大核心挑戰(zhàn) —— 為提升光伏材料柔性而進(jìn)行的分子結(jié)構(gòu)修飾，通常會(huì)損害電荷的傳輸與提取性能。針對(duì)這一關(guān)鍵瓶頸，北京航空航天大學(xué)孫艷明、孫曉波及 Xiaopeng Duan 等人開展專項(xiàng)研究，以 PM6 的聚合反應(yīng)為基礎(chǔ)，通過精準(zhǔn)調(diào)控 1,3,5 - 三 (溴甲基) 苯的引入含量，設(shè)計(jì)并合成了三種具有星型支化網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的星型支化聚合物給體（SPD：S1、S2、S3）。

這類星型支化聚合物給體憑借獨(dú)特的可變形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能有效限制分子鏈的移動(dòng)與錯(cuò)位，使其柔性、拉伸穩(wěn)健性及本征拉伸性均實(shí)現(xiàn)顯著躍升：與線性純相 PM6（斷裂應(yīng)變 10.46%）相比，S1、S2、S3 的斷裂應(yīng)變分別提升至 12.70%、15.33% 和 19.16%，進(jìn)而大幅增強(qiáng)了器件的抗應(yīng)力能力、抗疲勞耐久性與機(jī)械柔韌性。更重要的是，這些星型支化聚合物給體可自組裝形成精細(xì)的纖維狀結(jié)構(gòu)，在顯著提升機(jī)械性能的同時(shí)，完美保留了優(yōu)異的光電子性能：基于 S2:L8-BO 的器件，剛性基底上效率達(dá) 19.51%，柔性基底上為 18.39%，拉伸態(tài)下為 15.40%；三元器件效率更是高達(dá) 20.48%，光伏性能全面優(yōu)于 PM6 基器件。

在柔性 OSCs 中，所有基于 SPD 的器件均展現(xiàn)出**的彎曲耐久性，經(jīng)過 6000 次彎曲循環(huán)后仍能保留初始效率的 80% 以上；在可拉伸有機(jī)太陽能電池（IS-OSCs）中，基于 S2 和 S3 的器件，其耐受的拉伸應(yīng)力與循環(huán)拉伸壽命達(dá)到 PM6 基器件的兩倍。同時(shí)，交聯(lián)中心的引入有效抑制了給體材料在環(huán)保型非鹵代溶劑中的聚集，經(jīng)鄰二甲苯（o-XY）加工的 OSCs，光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）達(dá)到 20.26%，與經(jīng)氯仿（CF）加工的器件效率（20.48%）基本持平，為綠色環(huán)保加工提供了可行路徑。

孫艷明、孫曉波及 Xiaopeng Duan 團(tuán)隊(duì)提出的網(wǎng)絡(luò)工程策略，成功破解了效率與機(jī)械柔韌性之間的 “蹺蹺板” 難題，是一種能讓高性能給體材料同時(shí)適配柔性、可拉伸 OSCs，且兼容非鹵代溶劑加工的創(chuàng)新方法。該成果不僅為高性能有機(jī)太陽能電池作為可穿戴電子器件的可靠電源走向商業(yè)化奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，更對(duì)可穿戴有機(jī)光伏器件的大面積工業(yè)化制備具有里程碑式的指導(dǎo)意義。

文獻(xiàn)信息

Star-branched polymer donors enabling high-performance organic solar cells with superior flexibility and intrinsic stretchability

Cen Zhang, Xiaopeng Duan, Chunhui Liu, Luoxi Pei, Junjie Zhang, Baixue Chang, Min Hun Jee, Han Young Woo, Long Ye, Xiaobo Sun & Yanming Sun

https://www.nature.com/articles/s41467-025-65044-z

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