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  便攜式可穿戴設備在人體健康監測、人機交互和醫療保健等方面具有巨大的應用潛力。除了基本的功能外，便攜式可穿戴設備在實際場景中還需要優異的機械性能，如柔韌性、可拉伸性甚至可附著性。在現有的可穿戴電源技術中，全聚合物有機太陽能電池（OSCs）憑借優異的力學性能與光伏性能，展現出無與倫比的應用潛力。然而聚合后的小分子受體仍保留了小分子的部分力學性能和聚集性能，無法滿足柔性器件的延展性要求。此外，柔性器件的PCE仍然滯后于剛性器件，并缺乏權威可靠的第三方認證，這無疑制約了柔性OSCs的實際應用，導致推廣應用過程相對緩慢。因此，同時獲得高光伏性能和優異的拉伸性能仍然是OSCs面臨的巨大挑戰。

  2024年12月10日，相關成果以“Synergistic Multimodal Energy Dissipation Enhances Certified Efficiency of Flexible Organic Photovoltaics Beyond 19%”為題發表在《Advanced Materials》上。論文的第一作者為南昌大學化學化工學院博士生李豪杰，通訊作者為南昌大學陳義旺教授和胡笑添教授。

圖1 柔性器件的材料特性及光伏特性表征。（a）活性層材料的化學結構。（b）不同彈性體材料在活性層膜中的混相以及加入后柔性器件的最佳PCE。（c）華南計量中心基于0.102 cm²柔性器件的J-V特性曲線。（d）本研究中柔性器件認證PCE與2020年至2024年間報告文獻的對比。基于25cm²。（e）柔性襯底和（f）可貼附式襯底模組的J-V特性曲線。（g）模組PCE隨MPP跟蹤試驗時間。（h）模組示范應用的數碼照片。

圖4 薄膜中殘余應力的下降有助于缺陷態密度的降低。（a）不同PU含量的活性層膜的GIWAXS二維圖。（b）不同PU含量的活性層膜在相同彎曲次數下的XRD特征峰移圖。（c）器件的阱態密度（tDOS）。（d）機械性能和光電性能共同提升的機理示意圖。

  根據對活性層薄膜性能的分析，熱塑性彈性體的增韌增效機理如圖4d所示。在微觀層面上，PU的加入有利于在活性層膜內構建多纖維網絡結構，增強載流子輸運性能，從而提高光伏性能。此外，當薄膜受到應變時，這種多纖維網絡有助于有效耗散和傳遞能量，防止應力集中。在介觀層面上，PU在給體/受體界面處起到“分子彈簧”的作用，增強了給體/受體之間的相互連接，使膜裂縫的擴展最小化，并耗散了界面處應變產生的能量。從宏觀上看，PU的加入降低了活性層薄膜中的殘余應力，提高了薄膜的力學性能，同時降低了缺陷態密度和載流子復合。簡而言之，PU的加入有助于構建光纖網絡結構，降低殘余應力，從而改善載流子輸運性能和多模態能量耗散。這種協同效應最終提高了柔性器件的光伏和機械性能。

  上述研究工作得到國家自然科學基金、江西省“雙千計劃”科技創新高端人才項目，以及北京大學長三角光電科學研究院等單位的支持。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202411989