有機太陽能電池(OSC)具有重量輕、吸收范圍廣、制備工藝簡單及無污染等獨特優(yōu)勢。光伏材料和器件工程的飛速發(fā)展，加快了有機太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。有效提高有機太陽能電池的穩(wěn)定性是實現(xiàn)實際應(yīng)用所面臨的問題。與無機太陽能電池不同，有機太陽能電池可應(yīng)用于柔性和可穿戴電子領(lǐng)域，因此對活性層提出了更嚴(yán)格的要求。作為有機太陽能電池光電轉(zhuǎn)換核心的活性層材料、分子排列和網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，是影響其柔性和穩(wěn)定性的重要因素。一般情況下，活性層為亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，分子會隨著時間的推移扭曲、蠕動，導(dǎo)致材料之間的分層，從而影響激子離解和電荷提取。另外，由于工作環(huán)境或基底的不同，有源層和傳輸層之間的層間作用對器件熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性也尤其重要。因此，調(diào)節(jié)活性層中的分子堆積和糾纏、改變活性層的內(nèi)部和表面特性，對提高器件機械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性具有重要意義。
 
　　近期，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所先進(jìn)有機功能材料與器件研究組分別利用兩種具有不同側(cè)鏈的聚合物給體(PBB1-Cl、PBB2-Cl)作為第三組分來精細(xì)調(diào)節(jié)活性層內(nèi)部及表面特性，以改善有機太陽能電池的性能。PBB1-Cl、PBB2-Cl的良好平面性顯著增加了分子間排列的重疊區(qū)，特別是PBB1-Cl擁有一維側(cè)鏈，可降低分子間的空間位阻，使活性層的分子間緊密堆積和纏結(jié)顯著增強。研究表明，加入20·wt%的PBB1-Cl后，基于PM6:PBB1-Cl:Y6-BO-4Cl三元共混膜的斷裂伸長率提高了4.6倍(26.86%)，相應(yīng)器件的轉(zhuǎn)換效率(PCE)從15.83%提高到17.36%。PBB1-Cl基三元共混膜與傳輸層之間較小的表面能γs差有降低層間分離的可能性。同時，三元共混膜的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度Tg提高，吸收光譜的溫度敏感性降低，使得活性層的熱穩(wěn)定性得到改善。PBB1-Cl基柔性三元有機太陽能電池的PCE在直徑為10·mm時500次彎曲或100℃退火24小時內(nèi)仍保持在74%以上。結(jié)果表明，增強活性層中的分子間重疊緊密堆積優(yōu)化活性層內(nèi)外特性對于改善有機太陽能電池的光伏性能、機械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性具有潛力。
 
　　相關(guān)成果發(fā)表在Energy & Environmental Science上。研究得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃和山東能源研究院探索基金項目的支持。

(責(zé)任編輯：子蕊)