硕士研究生鞠辰在Science China Materials上发表了学术论文
时间: 2026-05-13 发布者: 文章来源: 苏州大学可穿戴能源与智能光电器件实验室 审核人: 浏览次数: 24


柔性有机太阳能电池(F-OSCs)因其质轻、可弯折及适合卷对卷生产等优势,在可穿戴电子与便携能源领域展现出广阔前景。然而,实现其商业化应用的关键瓶颈之一在于空穴传输界面,特别是超薄自组装单分子层(SAM固有的机械脆性问题。与传统聚合物空穴传输层(如PEDOT:PSS)不同,SAM虽能精确调控电极功函数并避免酸性腐蚀,但其纳米级厚度导致界面结合强度低、延展性差,在反复弯折中易发生剥离与断裂,引发器件性能急剧衰减。

针对这一挑战,本文设计并发展了一种“纳米粒子增强自组装界面”策略。将高模量、高透明度的二氧化硅(SiO₂)纳米粒子引入2PACz空穴传输层,构建了SiO₂/2PACz复合界面。该界面通过双重机制协同增韧:一方面,均匀分散的SiO₂纳米粒子作为刚性增强相,有效重新分布弯折应力,抑制脆性ITO层裂纹的萌生与扩展;另一方面,SiO₂表面丰富的硅羟基与2PACz分子形成动态氢键网络,在应力作用下通过氢键的优先断裂耗散机械能,并在应力释放后重新形成,赋予界面自修复般的韧性。值得一提的是,该复合界面还通过调控表面能与形貌均匀性,延长了活性层结晶时间窗口,诱导形成更紧密有序的分子堆叠结构,实现了机械性能与光电性能的协同优化。

基于上述策略制备的柔性有机太阳能电池取得了突破性性能。最优器件实现了19.30%的光电转换效率,是目前柔性有机光伏领域的最高效率之一。机械稳定性测试表明,该器件在1000次弯折循环后仍能保持91%以上的初始效率,显著优于纯2PACz对照器件。该研究为克服超薄SAM界面的机械脆性问题提供了一种普适且高效的复合材料界面工程方案,也为其他柔性电子器件中脆性功能界面的力学增强提供了新的设计思路