近年来，随着可穿戴电子设备市场的增长，对可穿戴发电设备的要求越来越严格。有机太阳能电池因具有重量轻、设计性强和便于加工的特点而成为柔性电源的理想解决方案。然而，相较于目前光电转化效率已超过19%的刚性有机太阳能电池，柔性有机太阳能电池在光电转化效率以及力学性能上仍存在不足。因此，开发具有高光电转化效率和高力学稳定性的柔性有机太阳能电池极富挑战。
往有机太阳能电池活性层添加寡聚物受体
近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所有机光电材料与器件团队提出了将柔性寡聚物受体作为第三组份掺入有机太阳能电池活性层的策略，能够同时提高有机太阳能电池的光电转化效率以及机械性能，为制备高效柔性有机太阳能电池提供了简便方法。研究通过使用不同的柔性桥联链段，合成了一系列具有不同桥联单元和聚合度的寡聚物受体材料（DOY-C2、DOY-C4和TOY-C4）。由于聚合度和桥联单元柔性的不同，这些寡聚物受体表现出不同的力学性能与堆积行为。同时，相较于传统的小分子受体材料N3，柔性寡聚物受体表现出明显更好的力学性能。
为探究寡聚物受体作为第三组份对于有机太阳能电池效率的影响，该研究制备了相应的刚性电池器件。研究通过对电池各种参数的表征测试发现，寡聚物受体掺入后主要通过降低有机太阳能电池中的非辐射能量损失进而提高电池的开路电压。其中，基于D18：N3：DOY-C4的器件表现出19.01%的刚性光电转化效率和17.91%的柔性光电转化效率。这一柔性效率是目前报道的柔性有机太阳能电池的最高效率之一。
进一步，研究对活性层材料进行拉伸测试。相较于D18：N3混合膜表现出的7.8%的断裂拉伸率，掺杂15%寡聚物DOY-C4后的混合膜则表现出接近12%的断裂拉伸率，同比增长超过50%。研究通过对不同薄膜拉伸后形貌的分析提出，柔性寡聚物受体能够与聚合物给体之间形成类缠结的行为，且这种行为导致薄膜力学性能的显著增长。
相关研究成果以Ductile Oligomeric Acceptor-modified Flexible Organic Solar Cells show Excellent Mechanical Robustness and near 18% Efficiency为题，发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。
常州大学发现有机太阳能电池设计新策略
常州大学宋欣教授、朱卫国教授团队通过薄膜形成动力学的精细协调，设计了一种中间相工程（intermediate state engineering，ISE）的新策略，以实现电荷传输能力更强的厚活性层形貌。
他们利用原位吸收、荧光及光散射技术，第一次能够实时地观察到 ISE 策略诱导受体分子有序聚集的全过程。并且，利用刮刀涂层方法，他们还制备出高性能、长期可操作性的厚度不敏感型 OSC 器件。
通过这种新策略，能够促使器件内部的能量在无序度降低时，也使电荷收集能力得到提升。从而将器件能量转换效率（power conversion efficiency，PCE）从 15.9% 提升为 19.1%。
另一方面，活性层膜厚度大于 300nm，能够减少因厚薄程度不同而引发孔洞现象，这是厚膜 OSC 产业化的“必经之路”。研究团队在活性层膜厚度大于 300nm 的条件下，使器件的 PCE 值实现了 17.8%，该性能为迄今为止报道文献中厚膜有机太阳能电池的最高效率。该研究中提出 ISE 策略有助于推进厚膜 OSC 向产业化进一步迈进，为提升 OSC 以及其他有机光电器件的性能提供参考。
近日，相关论文以《通过中间相工程调控活性层成膜动力学制备膜厚不敏感的高效率有机太阳能电池》（Film-formation dynamics coordinated by intermediate state engineering enables efficient thickness-insensitive organic solar cells）为题发表在 Energy & Environmental Science。
该团队将 Y6 类分子作为受体，并用 1，3，5-三溴苯（1，3，5-Tribromobenzene，TBr）固体为工艺助剂。基于 TBr 具有低成本和挥发性的特点，并且其与这类受体的紧密分子间相互作用会形成中间态，因而能够调控成膜动力学，从而使结晶度提升及显著地明分级相分离。由于本体异质结纳米形貌的特殊调节，在 ISE 策略下处理的器件表现为改善的载流子传输以及收集动力学，并能够使陷阱密度、陷阱辅助复合得以抑制。
研究人员通过实验结果表明，在 PM6：L8-BO 基础上实现的 PCE 至达 19.1% 以及填充因子为 80.7%，和其对照器件相比，相关性能提升 20.1%。值得关注的是，得益于结晶度的增加，利用刮刀涂布工艺构建出高效的厚膜 OSC，其中器件厚度在大于 300nm 条件下，获得的 PCE 值高达 17.8%，该数值代表了目前厚膜器件的效率最高值之一。
另一方面，利用 ISE 策略制备的器件还呈现极大的光稳定性。根据相关实验数据，研究人员在连续 1 太阳光照测试下，将 T80 的寿命从 106 小时提升至 492 小时。
这表明，研究团队所设计的 ISE 策略可以实现“一箭双雕”的效果，即能够获得合适的纳米形貌，并在提高 OSC 器件光伏性能的同时，还使器件厚度的不敏感特性得以提升。
展望该领域的未来，宋欣表示：“有机太阳能电池的形貌演变对器件性能的提升起着至关重要的作用，新型挥发固体添加剂的设计与开发可为后续大面积、高效、稳定有机太阳能电池的高通量制备提供强有力的支撑。”
可穿戴设备领域将受益
随着越来越多的企业开始提高产量，大规模生产有可能将其成本削减一半。这些“按订单打印”的太阳能电池将开始在全球范围内投放至市场。
由于有机电池的轻质和灵活特性，这些“打印”属性类型的电池几乎可以在任何地方使用，从圆顶屋顶、玻璃到其他无法支撑较重硅基面板的奇形怪状的表面。
当然，这些电池可能不会很快为我们的家庭或社区供电，但它们已经找到了自己的特殊领域：更小的设备，如可穿戴设备。
你也许想不明白，为什么是可穿戴设备？
因为可穿戴设备多数使用的是一次性电池，需要每1-2年更换一次。Markets and Markets称，全球智能传感器市场预计在2026年达到296亿美元，这对这个电池细分市场来说将会是一件大事。
再加上由于硅类太阳能电池板在室内不能很好地工作、钙钛矿太阳能电池一次又只能使用几年，所以不难看出，目前的太阳能技术还不能完全满足这些较小的应用。
有机电池将带来光伏新革命
近年来，科学家们通过改进有机太阳能电池的材料和结构，取得了显著的进展。一方面，研究人员不断开发新型的有机材料，提高了光电转换的效率。例如，有机分子的结构设计和修饰可以调整其光吸收和光电转换性能，从而提高有机太阳能电池的效率。另一方面，研究人员还改进了有机太阳能电池的器件结构和界面工程，减少了能量损失，提高了电池的效率。此外，还有研究人员使用纳米技术和多层结构的设计，增加了光吸收和电荷传输的效率，进一步推动了有机太阳能电池的发展。
据最新研究显示，有机太阳能电池的效率正在逐渐接近传统硅基太阳能电池的水平。一些新型有机太阳能电池已经达到了17%的光电转换效率，与传统硅基太阳能电池相差不远。而且，随着技术的进一步发展和改进，有机太阳能电池的效率还有望进一步提高。
有机太阳能电池即将取得的突破将带来重大的影响。一方面，高效率的有机太阳能电池将大大降低太阳能发电的成本，推动其在能源领域的大规模应用。另一方面，有机太阳能电池的灵活性和可塑性将为电子设备、建筑物等领域的应用提供更多可能性。同时，有机太阳能电池的可持续性和环保性使其成为实现清洁能源的重要选择，有望为全球能源转型和气候变化的应对做出更大贡献。
综上所述，有机太阳能电池即将取得的突破为实现清洁能源的可持续发展带来了新的希望。通过不断改进材料和结构，提高光电转换效率，有机太阳能电池有望成为未来能源领域的重要技术。随着技术的进一步发展和推广应用，有机太阳能电池将为实现清洁、可持续的能源转型做出重要贡献。
