新兴的可穿戴设备将受益于集成可延展的光伏集光电源。
2025年1月23日，华中科技大学邵明、美国佐治亚理
工学院
Seung Soon Jang、Antonio Facchetti、
汕头大
学武庆贺共同通讯在
Science
在线发表题为“
Mechanically robust and stretchable organic solar cells plasticized by small-molecule acceptors
”的研究论文，
该研究
报道了
一
种
由小分子受体增塑的机械坚固且可拉伸的有机太阳能电池
。
在这项工作中，研究人员报道了一种小分子受体(SMA)，也称为非富勒烯受体(NFA)，设计用于具有大机械顺应性和性能的可拉伸有机太阳能电池(s-OSC)混合物。
有机硅烷官能化的SMA BTP-Si4与聚合物供体PNTB6-Cl的共混物实现了> 16%的功率转换效率(PCE)和> 95%的极限应变(ε
u
)。
典型的SMAs抑制OSC共混物的延展性，但是BTP-Si4的加入增强了它。
虽然BTP-Si4比其他SMAs的结晶度低，但它保留了相当大的电子迁移率，并且与PNTB6-Cl高度混溶，对于增强
ε
u
是必不可少的。
因此，证明了PCE > 14%且在各种变形下正常运行的s-OSCs(在80%应变下PCE保持率> 80%)。对几种SMA-聚合物共混物的分析揭示了用于设计韧性共混物的一般分子结构-相容性-拉伸性关系。
包含可拉伸晶体管、显示器和传感器的可佩戴光电器件(ewearables)在机械变形下仍能工作，这是人们非常感兴趣的。它们的供电部件占据了这些设备的大量物理空间，并限制了整体的适应性和坚固性。有机太阳能电池(OSC)由施主和受主半导体混合物组成，鉴于其机械柔性和拉伸性、重量轻和溶液可加工性，是电子可穿戴设备的有前途的电源。
玻璃上最先进的刚性OSC已经实现了超过20%的功率转换效率(PCE)。然而，粘附于任意表面的可拉伸OSCs (s-OSCs)需要适应比弯曲大得多的变形(应变
ε
> 30%)的报道很少。
各种绝缘[即聚二甲基硅氧烷(PDMS)和苯乙烯乙烯丁烯苯乙烯(SEBS)](26-28)和延展性半导体聚合物已作为三元组分加入，以增加共混物的
ε
u
值。虽然光活性材料设计历来强调增加PCE，但最近的重点已经扩展到增强机械性能。遗憾的是，迄今为止，高性能共混物的最大拉伸率仍低于33%。
除了缺乏固有的可拉伸光敏混合物之外，目前的s-OSCs的效率远远落后于刚性和可弯曲装置的效率，尽管取得了开创性的进展，但同时实现高效(PCE > 10%)和机械可拉伸(
ε
u
> 30%)的s-OSCs仍然是一个未解决的挑战。
光活性材料的分子结构和光电响应（图源自
Science
）
在这项工作中，研究人员报告了一种新的有机硅烷官能化SMA (BTP-Si4)与韧性聚合物供体(PNTB6-Cl)的共混物，用于可拉伸共混膜和太阳能电池。
同样值得注意的是，传统(例如，类Y6)和新(类BTP-Si4)SMA家族的比较提供了对光活性材料分子结构、给体-受体混溶性、可获得的机械性能和变形下的性能之间的相互作用的新理解。
这些结果表明，合理的受体分子设计，经过几个SMAs的优化，以及最佳的供体-受体混溶性，对于实现高效和机械坚固的OSCs是至关重要的。
参考消息：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adp9709
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