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我國科研團隊成功制備高效率柔性太陽能電池
2025年02月12日 11:16:28
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：5818
華中科技大學(xué)武漢光電國家研究中心邵明教授、張新亮教授團隊成功實現(xiàn)了兼具優(yōu)異的機械柔韌性和高光電轉(zhuǎn)換效率的可拉伸太陽能電池,，為可穿戴設(shè)備提供了理想的供能解決方案,。
近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展,，人們對電子產(chǎn)品的需求日益多樣化,。可折疊手機,、智能手表,、健康監(jiān)測設(shè)備等產(chǎn)品的興起，為眾多用戶提供了更為豐富的智能體驗,。然而,，盡管前景向好，這些電子產(chǎn)品也面臨著一些實質(zhì)性挑戰(zhàn)——如何為這些設(shè)備提供高效,、穩(wěn)定且持續(xù)的供能,。
就在近日，華中科技大學(xué)武漢光電國家研究中心邵明教授,、張新亮教授團隊成功實現(xiàn)了兼具優(yōu)異的機械柔韌性和高光電轉(zhuǎn)換效率的可拉伸太陽能電池,，為可穿戴設(shè)備提供了理想的供能解決方案。相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學(xué)》上,。
傳統(tǒng)無機太陽能電池(如硅電池)盡管光電轉(zhuǎn)換效率高,，但因其剛性和脆性，難以滿足可穿戴設(shè)備,、室內(nèi)光伏等新應(yīng)用場景的需求,。有機太陽能電池(OPV)雖然具有輕、薄特性且具有一定的機械柔韌性,，可以實現(xiàn)彎折,，但在大尺度的機械形變(如拉伸)條件下，光電性能仍會急劇下降乃至失效,。
目前,，高效率的有機太陽能電池僅可承受<5%的拉伸形變,。如何克服半導(dǎo)體光電性能和機械性能之間普遍存在的相互制約關(guān)系，同時獲得高的光電轉(zhuǎn)換效率和機械拉伸性的柔性光電子器件仍面臨著巨大挑戰(zhàn),。
針對這一挑戰(zhàn),，邵明教授課題組前期對有機半導(dǎo)體的光電性能與力學(xué)性能進行深入研究，系統(tǒng)探索了半導(dǎo)體分子結(jié)構(gòu)和薄膜結(jié)晶性,，電子給體和受體之間相互作用的內(nèi)在聯(lián)系,，為理解非晶和多晶半導(dǎo)體中的載流子傳輸提供新的理解。
研究中,，該團隊設(shè)計了一類全新的小分子受體材料BTP-Si4,。與目前廣泛使用的富勒烯和非富勒烯小分子受體不同，該受體材料表現(xiàn)出獨特的“增塑”效應(yīng),。它能大比例滲入到活性層聚合物給體的非晶區(qū)域,，增大聚合物鏈段的“自由體積”，利于聚合物鏈段在外界應(yīng)力作用下滑移并重新取向,，并有效降低了整體光活性層薄膜的結(jié)晶性,，從而大幅提升薄膜的機械拉伸性能。
同時,，該受體分子可以通過緊密的3D堆疊保持高效的電荷傳輸,，具有高電子遷移率?；谠撔》肿邮荏w和超高延展性的聚合物給體(PNTB6-Cl)的共混活性層薄膜,，團隊成功制備了高效率(光伏轉(zhuǎn)換效率超過16%)的柔性/可拉伸太陽能電池，器件可承受高達95.5%的極限拉伸形變,，遠超此前報道的各類柔性太陽能電池,。
值得關(guān)注的是，該器件可與人體皮膚完美共形,，即使貼附在手指,、手腕、膝蓋等大形變的活動關(guān)節(jié)處,，器件仍可正常工作,。還可以在室外和室內(nèi)光照射下為大多數(shù)可穿戴電子器件提供足夠的驅(qū)動能力。
高效率柔性/可拉伸太陽能電池的研發(fā)成功,，不僅彰顯了我國在新能源材料研究領(lǐng)域的實力,，也為眾多新興電子產(chǎn)品的發(fā)展注入了新的活力。未來,，隨著技術(shù)的進一步優(yōu)化與應(yīng)用,，更加環(huán)保、高效的能源儲存技術(shù)有望加速走向現(xiàn)實,，為更多領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展貢獻更多力量,。
素材來源：科技日報
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