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  近年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的飛速發(fā)展，柔性可穿戴光伏器件日益受到人們的關(guān)注。其中，有機(jī)光伏(OPV)由于其低成本、質(zhì)輕、易于大面積濕法加工等優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的發(fā)展前景。然而，基于無(wú)氧化銦錫(ITO)的柔性有機(jī)光伏器件的能量轉(zhuǎn)換效率（PCE）一直落后于基于ITO的剛性及微柔性器件。廣泛報(bào)道的柔性有機(jī)光伏絕大部分都是基于聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚酰亞胺(PI)等塑料襯底，其較低的透過(guò)率，以及拉伸性的缺失在很大程度上阻礙了可穿戴器件的實(shí)際應(yīng)用。此外，柔性光伏器件在室內(nèi)光照下的應(yīng)用也罕有報(bào)道。不同于太陽(yáng)光，室內(nèi)光源有光照強(qiáng)度弱，光源發(fā)散等問(wèn)題。因此，如何高效地利用太陽(yáng)光和室內(nèi)光進(jìn)行光伏發(fā)電是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。

  基于這些存在的問(wèn)題，李剛教授領(lǐng)導(dǎo)的香港理工大學(xué)先進(jìn)材料與電子實(shí)驗(yàn)室(AME Lab)開發(fā)了一種全新的基于可拉伸、本征減反襯底的高效柔性有機(jī)光伏器件。研究者通過(guò)一種簡(jiǎn)單有效的減反襯底制備方法，利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)復(fù)形了商業(yè)化3M砂紙的不同表面紋理。相比于剛性玻璃襯底，PDMS襯底在全波段的光透過(guò)率更高；紋理化處理(高霧度)不僅進(jìn)一步降低其反射率，更長(zhǎng)的光程也有利于入射光被活性層材料更高效的吸收。通過(guò)進(jìn)一步制備基于PDMS/PEDOT:PSS電極的有機(jī)光伏器件后研究者發(fā)現(xiàn)，基于6000目砂紙紋理復(fù)形PDMS襯底的柔性器件表現(xiàn)出最高的光電轉(zhuǎn)化效率(15.3%)。另外，頂電極通過(guò)密接PDMS封裝處理后形成的三明治結(jié)構(gòu)使得柔性光伏器件在1000次連續(xù)彎折(半徑1.5cm) 和200次拉伸(8%-10%)后，仍能保持>83%和>62%的初始PCE值。

圖1a. 器件結(jié)構(gòu)及制備過(guò)程；b. 不同襯底的光學(xué)透過(guò)率；c. 不同襯底的反射率；d. 基于不同襯底的器件的1-太陽(yáng)光下J-V曲線

  作者進(jìn)一步探究了柔性器件在室內(nèi)光下的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)比和分析剛性ITO器件和柔性PEDOT電極器件后，發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)光下，基于PEDOT:PSS電極的有機(jī)光伏器件的填充因子(FF)比剛性ITO器件的低；而在弱光下，兩者表現(xiàn)出幾乎一致的FF值。盡管PEDOT:PSS電極的導(dǎo)電率不如ITO，在室內(nèi)弱光下，其低電極導(dǎo)電率引起的高串聯(lián)電阻對(duì)于器件效率的影響變得很小。受益于高EQE和高并聯(lián)電阻，基與PDMS/PEDOT:PSS的柔性可拉伸器件表現(xiàn)出和剛性ITO器件不相上下的PCE(20.5% vs. 20.8%)。此外，考慮到室內(nèi)照明光源如LED燈發(fā)光的發(fā)散特性，當(dāng)入射光不垂直于基底時(shí)，基于剛性ITO玻璃的光伏器件表現(xiàn)出明顯的效率下降。而基于紋理化PDMS/PEDOT:PSS的器件則出對(duì)于的入射光的角度不敏感。尤其是在極端入射角條件下(80°)，柔性器件表現(xiàn)出高于剛性器件接近2.5倍的PCE。因此，在室內(nèi)條件下，該柔性器件能夠獲得更高的光利用率， 對(duì)面向未來(lái)室內(nèi)光能再利用及IOT應(yīng)用等的光伏電池研究有指導(dǎo)意義。

圖2a. 剛性、柔性器件在弱光下的J-V曲線；b. FF隨著光強(qiáng)變化趨勢(shì)；c. 剛性、柔性器件在不同角度入射光下的效率變化

  該工作以Stretchable ITO-Free Organic Solar Cells with Intrinsic Anti-Reflection Substrate for High-Efficiency Outdoor and Indoor Energy Harvesting為題發(fā)表在Advanced Functional Material（DOI: 10.1002/adfm.202010172）上。第一作者是香港理工大學(xué)電子及資訊工程學(xué)系博士生黃佳明，通訊作者為李剛教授，現(xiàn)為港理工鐘士元爵士可再生能源教授。本研究受到香港研究資助局（PolyU 15320216, 15218517, C5037-18G）、國(guó)家自然科學(xué)基金（51961165102）深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)（JCYJ 20170413154602102）、香港理工大學(xué)（1-ZE29，1-BBAS，鐘士元爵士冠名基金）的資助。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202010172