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我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)成功制備高效率柔性太陽(yáng)能電池
2025年02月12日 11:16:28
來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：5728
華中科技大學(xué)武漢光電國(guó)家研究中心邵明教授,、張新亮教授團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了兼具優(yōu)異的機(jī)械柔韌性和高光電轉(zhuǎn)換效率的可拉伸太陽(yáng)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(lái),，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(duì)電子產(chǎn)品的需求日益多樣化?？烧郫B手機(jī),、智能手表、健康監(jiān)測(cè)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(yàn),。然而，盡管前景向好,，這些電子產(chǎn)品也面臨著一些實(shí)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(guó)家研究中心邵明教授,、張新亮教授團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了兼具優(yōu)異的機(jī)械柔韌性和高光電轉(zhuǎn)換效率的可拉伸太陽(yáng)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(wú)機(jī)太陽(yáng)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(chǎng)景的需求。有機(jī)太陽(yáng)能電池(OPV)雖然具有輕,、薄特性且具有一定的機(jī)械柔韌性,，可以實(shí)現(xiàn)彎折，但在大尺度的機(jī)械形變(如拉伸)條件下,，光電性能仍會(huì)急劇下降乃至失效,。
目前，高效率的有機(jī)太陽(yáng)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(jī)械性能之間普遍存在的相互制約關(guān)系,，同時(shí)獲得高的光電轉(zhuǎn)換效率和機(jī)械拉伸性的柔性光電子器件仍面臨著巨大挑戰(zhàn)。
針對(duì)這一挑戰(zhàn),，邵明教授課題組前期對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體的光電性能與力學(xué)性能進(jìn)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(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)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(dú)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(jī)械拉伸性能,。
同時(shí)，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,。基于該小分子受體和超高延展性的聚合物給體(PNTB6-Cl)的共混活性層薄膜,，團(tuán)隊(duì)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(yáng)能電池,，器件可承受高達(dá)95.5%的極限拉伸形變，遠(yuǎn)超此前報(bào)道的各類柔性太陽(yáng)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(dòng)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(dòng)能力,。
高效率柔性/可拉伸太陽(yáng)能電池的研發(fā)成功，不僅彰顯了我國(guó)在新能源材料研究領(lǐng)域的實(shí)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(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化與應(yīng)用,，更加環(huán)保,、高效的能源儲(chǔ)存技術(shù)有望加速走向現(xiàn)實(shí)，為更多領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)更多力量,。
素材來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)
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