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光電轉化效率16.5% 南開研獲高性能柔性有機太陽能電池
2019.11.06   點擊36次

論文截圖

11月4日,國際頂級學術期刊《自然·電子學》(Nature Electronics)刊發了南開大學化學學院陳永勝教授團隊的研究論文,介紹了他們在柔性透明電極與柔性有機太陽能電池領域研究中獲得的突破性進展。

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

柔性電子器件,特別是基于有機材料的光電器件,是未來電子器件發展的一大趨勢,具有巨大的應用前景。“其中,獲得高性能的柔性透明電極是實現高效柔性有機光電器件的前提,也是目前該領域的核心難題。但是,如何獲得同時具有高導電、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。”陳永勝說。

柔性透明電極與柔性有機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,目前柔性有機光電器件的性能仍大幅度落后于相應的剛性器件。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,可大規模“卷對卷”印刷制備等優點,發展潛力巨大。

在逾滲閾值理論指導下,陳永勝團隊利用高分子電解質,根據離子靜電相互排斥原理,一步法制備了具有“類網格”結構的銀納米線柔性透明電極。該柔性透明電極實現了優異的性能,其中方阻10 Ω sq-1,透光度92%(550 nm),品質因子(FoM)可達416,表面粗糙度低,且具有優良的機械性能和熱穩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) 柔性有機太陽能電池器件結構

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

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

據了解,該研究得到科技部、國家自然科學基金委、天津市科委和南開大學相關科技項目支持。

南開大學新聞網
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