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近日，南昌大學的陳義旺教授團隊與蘇州大學李永舫、李耀文教授合作在《Advanced Science》發表了題為“Highly Efficient Flexible Polymer Solar Cells with Robust Mechanical Stability”的文章。研究通過在鋁摻雜的氧化鋅(AZO)中加入不同含量的聚多巴胺(PDA)，提高了無機界面層AZO的機械能性能，并在柔性器件的應用中取得了十分突出的結果。

隨著近年來新型的給受體材料的發展，有機太陽能電池的器件效率已經突破14%。氧化鋅由于其電子遷移率高、制備簡單等方面的優點已經廣泛應用于聚合物太陽能電池的電子傳輸層。然而，無機界面層本身的脆性及與上層粘附力不足，給聚合物太陽能電池可穿戴應用帶來挑戰，近年來并沒有受到廣泛的重視和研究。因此，采用各種方法來提高氧化鋅的機械性能有利于其更好地適應于柔性器件及大規模的生產。

  本文首次提出了一種可彎曲且厚度不敏感的多巴胺修飾的AZO作為聚合物太陽能電池的電子傳輸層，它特殊的柔性可以有效提高器件的機械性能。

圖1.彎折實驗：不同電子傳輸層彎折次數的掃描電鏡圖和對應的透光率和紫外吸收

有趣的是，隨著PDA的加入也可以有效地提高無機界面層與上層活性層之間的附著力。我們通過3M膠帶剝離實驗來測試界面的粘附性，很明顯，基于未摻雜的AZO基底，活性層很容易被剝離下來，然而，PDA中的功能性基團與有機活性層之間存在分子間作用力，使得活性層的耐彎折性也能得到提高，改性后的界面層機械性能得到了顯著改善。

圖2 剝離實驗：3M膠帶剝離活性層的光學照片和相應的紫外吸收

改性后的電子傳輸層的器件性能也有所提高，在非富勒烯體系PBDB-T-2F:IT-4F中，基于厚度為80 nm的電子傳輸層AZO:1.5%PDA（AZO中加入摩爾分數為1.5%的PDA）的器件性能達到12.7%，更重要的是，基于Ag-mesh柔性電極的柔性器件效率達到11.5%。而且在彎折1500次之后能仍夠保持原始效率的91%。這種具有厚度不敏感和良好機械性能的無機界面層，能夠提高柔性器件性能和發展大面積卷到卷印刷制造的柔性可穿戴聚合物太陽能電池。

圖3 器件表征：玻璃和柔性基底器件性能表征

  該研究對未來大面積制備柔性器件提供了新的思路和方法。該工作的第一作者為南昌大學化學學院的談利承教授，碩士研究生王藝林為共同第一作者，南昌大學陳義旺教授和蘇州大學李耀文教授為論文共同通訊作者。

  近年來陳義旺教授和談利承教授課題組長期致力于柔性太陽能電池的器件設計，采用狹縫式擠出模頭對氧化石墨烯、PEG和酸處理碳納米管剪切分散，深度清洗PSS和還原處理，提高水溶性導電聚合物電導性，制備大面積碳基柔性透明電極，用于大面積高性能柔性光電器件。以π磺酸分散多壁碳納米管和Ag納米線為模板原位聚合PEDOT，獲得較低的方塊電阻，降低了吸濕性，作為透明電極制備高效率太陽能電池。(Adv. Mater. Technol. 2017, Adv. Mater. Interfaces 2015, J. Mater. Chem. A 2016, 2015, Carbon 2016)。通過電紡PVP半包埋于PDMS，無電鍍沉積金屬銅，制備大面積可拉伸透明導電薄膜。(ACS Appl. Mater. Interfaces 2017)。在柔性基底上涂敷具有透明高黏結性的聚多巴胺(PDA)，原位生長金屬銀膜，靜電紡絲纖維作掩膜板輔助稀酸刻蝕制備出與基底高附著力金屬網格透明電極，在1.01cm2有效面積下的有機太陽能電池的PCE與商業化的柔性ITO電極相當。(Org. Electron. 2018)。通過卷對卷印刷技術制備大面積、低成本(每平方米15~20元)的PEDOT:PSS/銀網格復合透明電極，方塊電阻可以達到4.5~5.0 ?/□。(ACS Appl. Mater. Interfaces 2018)。同時發展了一套含放卷和收卷、等離體清洗、干燥單元、牽引單元、糾偏單元、微凹版涂布和狹縫涂布單元、UV固化單元、自動切片等多功能柔性電子涂布機，可全自動化、大面積溶液加工卷對卷印刷柔性光電器件。

  在柔性鈣鈦礦太陽能電池設計方面，通過對鈣鈦礦前驅體溶液引入彈性體PU，在減緩鈣鈦礦晶體結晶速率的同時，PU將鈣鈦礦晶粒之間粘接起來，形成網絡，有效地提高了鈣鈦礦薄膜的耐彎折性能，效率高達18.7%。 (Adv. Funct. Mater. 2017 Inside Front Cover, Top 10 Hot Paper 2017/09)。

  原文鏈接：

  Licheng Tan, Yilin Wang, Jingwen Zhang, Shuqin Xiao, Huanyu Zhou, Yaowen Li*, Yiwang Chen*, Yongfang Li, Highly Efficient Flexible Polymer Solar Cells with Robust Mechanical Stability, Adv. Sci. (2019).

  DOI：10.1002/advs.201801180