近日，《先進材料》(Advanced Materials)以“Realizing Ultrahigh Mechanical Flexibility and >15% Efficiency of Flexible Organic Solar Cells via a “Welding” Flexible Transparent Electrode”為題，在線報道了蘇州大學李耀文教授在製備高性能柔性有機太陽能電池方面取得的重要研究進展。(Adv. Mater., DOI: 10.1002/adma.201908478)
柔性有機太陽能電池由於具有輕質、廉價、可溶液加工的優勢以及在可穿戴能源方面展現的巨大市場空間受到了廣泛關注。然而，柔性有機太陽能電池效率較基於玻璃基底製備的剛性電池仍有較大差距，主要原因是基於塑料基底製備的柔性透明電極在面電阻、透過率及可加工性等方面受到了侷限。因此，製備高性能柔性透明電極是進一步提升柔性有機太陽能電池性能的關鍵。銀納米線作為新一代高導電率、高透過率、耐彎折材料作為電極已被廣泛的應用在觸控屏等電子設備中。但是銀納米線與塑料基底附著力不高，在面向太陽能電池應用時為了增加活性區域面積仍需要與導電聚合物，例如PH1000，相結合製備複合電極。這使得柔性透明電極在長波段區域尤其是近紅外區透過率大幅度下降，限制了活性層對光的充分吸收。基於此，蘇州大學李耀文教授等人提出了“焊接”策略，如圖1a所示，在嵌有銀納米線的聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）基底上旋塗銀納米線溶液，通過毛細力作用與具有高透光性的鋁摻雜氧化鋅（AZO）進行復合，並利用AZO的二次生長使銀納米線與AZO之間，內嵌銀納米線與上層銀納米線之間完美結合，構築了Em-Ag/AgNWs:AZO-SG柔性透明電極。該方法不僅增加了電極與基底之間的附著力，同時還大幅度降低了柔性透明電極的面電阻，提高了近紅外區域的透過率，以及增強了機械耐彎曲性能。基於該電極製備的柔性有機太陽能電池效率實現了大幅度提升，以PBDB-T-2F:Y6為活性層，
效率達到了15.21%，與基於玻璃基底製備的電池效率相當，是迄今為止單結柔性有機太陽能電池的最高效率。此外，該柔性有機太陽能電池表現出了良好的機械性能，甚至在對摺1200次後仍能保持初始效率的81.7%。
圖1 a) 電極製備過程示意圖。b) 不同電極的面電阻。c) 不同電極透過率曲線及活性層紫外可見吸收光譜圖。
圖2 a-c)電極SEM截面圖：a) Em-Ag/PH1000; b) Em-Ag/AgNWs:AZO-SG; c) AgNWs:AZO-SG。d) 不同電極彎曲測試下面電阻變化率。e) 不同電極的附著力值及附著力測試示意圖。
由電極截面圖可以看出採用這樣一種嵌有銀納米線的基底，基底中的銀納米線會與上層電極中的銀納米線形成結點，從而增強電極與基底的附著力。相較於採用普通PET基底製備的電極，嵌有銀納米線的基底製備的電極具有更好的機械性能，其在4 mm的彎曲半徑下彎曲1200次，面電阻幾乎無明顯變化。
圖3 a) 器件能級圖。b) 器件結構示意圖及活性層材料分子式。不同電極製備的柔性有機太陽能電池: c) J-V曲線；d) EQE曲線；
圖4 a) 在循環彎曲機上彎曲半徑為4 mm的柔性有機太陽能電池的照片。b) 向內彎曲，向外彎曲示意圖。c-d) 效率下降圖：c) 不同電極在4 mm彎曲半徑下彎曲1200次。d) Em-Ag/AgNWs:AZO-SG電極在不同彎曲半徑下彎曲1200次。e) Em-Ag/AgNWs:AZO-SG電極在4 mm彎曲半徑下彎曲6000次。
從圖4彎曲測試中可以發現Em-Ag/AgNWs:AZO-SG電極製備的柔性有機太陽能電池機械性能有大幅度提升，在4mm彎曲半徑下經過1200次彎曲後能保持初始效率的93.7%，經過6000次的彎曲後效率仍能保持初始效率的75%。甚至在完全彎曲的情況下，經過1200次對摺彎曲後仍能保留初始效率的81.7%。
綜上所述，“焊接”策略為今後發展高性能柔性透明電極提供了新思路，對推動柔性有機太陽能電池面向實際應用具有重要的意義。該工作第一作者是蘇州大學碩士研究生陳瀟斌和博士研究生許桂英，通訊作者為李耀文教授，共同通訊作者為顧宏偉教授。該研究成果得到了國家優秀青年科學基金（51922074），面向能源光電轉換重大研究計劃集成項目（91633301）、重點國際（地區）合作研究項目（5181001093）、國家自然科學基金面上項目（51673138）等項目的資助和支持。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201908478?af=R
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