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南開大學(xué)陳永勝教授團(tuán)隊研獲高性能柔性有機(jī)太陽能電池
2019-11-06  來源:中國聚合物網(wǎng)

  11月4日,國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然·電子學(xué)》(Nature Electronics)刊發(fā)了南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院陳永勝教授團(tuán)隊的研究論文,介紹了他們在柔性透明電極與柔性有機(jī)太陽能電池領(lǐng)域研究中獲得的突破性進(jìn)展。

  文章介紹,陳永勝教授團(tuán)隊制備了同時具有高導(dǎo)電、高透光且低表面粗糙度的銀納米線柔性透明電極,將其用于構(gòu)筑柔性有機(jī)太陽能電池,與使用商業(yè)氧化銦錫(ITO)玻璃電極的器件性能相當(dāng),光電轉(zhuǎn)化效率可達(dá)16.5%,刷新了文獻(xiàn)報道的柔性有機(jī)/高分子太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的最高記錄。這一成果使得高效柔性有機(jī)太陽能電池距離實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化更近一步。

  柔性電子器件,特別是基于有機(jī)材料的光電器件,是未來電子器件發(fā)展的一大趨勢,具有巨大的應(yīng)用前景!捌渲,獲得高性能的柔性透明電極是實現(xiàn)高效柔性有機(jī)光電器件的前提,也是目前該領(lǐng)域的核心難題。但是,如何獲得同時具有高導(dǎo)電、高透光、低表面粗糙度以及制備方法簡單、綠色的柔性透明電極依然是巨大的挑戰(zhàn)!标愑绖僬f。

柔性透明電極與柔性有機(jī)太陽能電池的示意圖

  由于缺乏上述高性能的柔性透明電極,目前柔性有機(jī)光電器件的性能仍大幅度落后于相應(yīng)的剛性器件。柔性透明電極通常采用干法(如蒸鍍)或溶液處理(如狹縫印刷、納米壓印或電紡絲等)工藝制備。相比于干法制備,溶液處理方法制備柔性電極具有成本低,可大規(guī)!熬韺怼庇∷⒅苽涞葍(yōu)點,發(fā)展?jié)摿薮蟆?

  在逾滲閾值理論指導(dǎo)下,陳永勝教授團(tuán)隊利用高分子電解質(zhì),根據(jù)離子靜電相互排斥原理,一步法制備了具有“類網(wǎng)格”結(jié)構(gòu)的銀納米線柔性透明電極。該柔性透明電極實現(xiàn)了優(yōu)異的性能,其中方阻10 Ω sq-1,透光度92%(550 nm),品質(zhì)因子(FoM)可達(dá)416,表面粗糙度低,且具有優(yōu)良的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性以及制備方法簡單、綠色。

a) 銀納米線薄膜的sem斜截面圖,b) 大面積(12.25 cm2)柔性透明電極照片;c) 柔性有機(jī)太陽能電池器件結(jié)構(gòu)

  為證明其在有機(jī)光電器件中的實用性,陳永勝團(tuán)隊制備了基于該柔性透明電極的柔性有機(jī)太陽能電池。研究表明,該電極可適用于不同類型活性材料以及單結(jié)及疊層光伏器件。制備的柔性光伏器件與使用商業(yè)ITO玻璃電極的器件性能相當(dāng)。單結(jié)和疊層柔性有機(jī)太陽能電池分別實現(xiàn)了13.1%和16.5%的光電轉(zhuǎn)化效率,并表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能,連續(xù)彎曲1000次(彎曲半徑r = 5 mm),器件仍能保持初始效率的95%以上。

  “除了應(yīng)用于有機(jī)太陽能電池,這一低成本高性能柔性透明電極在其它柔性電子如有機(jī)發(fā)光二極管、晶體管、傳感器等領(lǐng)域也將有極大的應(yīng)用潛力。”陳永勝說。

  據(jù)了解,該研究得到科技部、國家自然科學(xué)基金委、天津市科委和南開大學(xué)相關(guān)科技項目支持。

  論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41928-019-0315-1

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