【AM宁波材料所建所20周年专刊】 可拉伸有机光伏电池研究进展：柔性透明电极和高效光伏材料设计

新能源材料与相关技术的研发为应对气候变化和能源危机提供了多元化的解决方案。其中，有机光伏电池因其成本低、质量轻和可柔性化等诸多优点，在可穿戴、便携式设备等应用场景中表现出巨大的应用前景，受到学术界和工业界的广泛关注。过去的十年来，科研人员通过开发新型光伏材料、界面层材料以及优化器件结构等策略使得有机光伏电池在光电转换效率、机械稳定性以及大面积制备等方面取得了长足进步。目前单结刚性器件的效率已经超过20%，但可拉伸柔性器件的性能相对滞后（图1），因此，如何同步实现高效率和优异的力学拉伸性能目前仍是一个巨大的挑战。

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葛子义研究员长期致力于高效柔性有机太阳能电池材料与器件方面的研究（Adv. Mater., 2024, DOI: 10.1002/adma.202406690; Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: 10.1002/anie.202407040; Adv. Mater., 2023, 35, 2305562; Angew. Chem. Int. Ed., 2023, 62, e202310034; Energy Environ. Sci., 2023, 16, 3119; Nano Energy, 2023, 116, 108805; Matter 2022, 5, 1877; Joule, 5, 2021, 2395）。近日，该团队受邀在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“Advances in Stretchable Organic Photovoltaics: Flexible Transparent Electrodes and Deformable Active Layer Design”的综述文章（Adv. Mater., 2024, DOI: 10.1002/adma.202311170），系统总结了可拉伸有机太阳能电池的最新研究进展，包括柔性透明电极、有机光伏材料和几类拉伸器件结构设计与开发。

文中，作者总结了两类拉伸有机光伏电池（结构拉伸和本征拉伸）的结构特征和前沿进展。对于结构拉伸的超薄器件而言，当超薄柔性器件（<10 μm）被转移到预先拉伸的弹性衬底上时，应变释放后超薄器件通过形成褶皱结构适应弹性衬底的形变。此外，还有一种简单的策略将纤维状有机光伏电池设置成弹簧状结构实现拉伸。对于本征可拉伸有机光伏电池而言，其所有组成层均可拉伸，且相邻层之间紧密结合，因此在机械柔性方面有独特优势。本文还总结了最新柔性透明电极的研究进展，着重探讨了协同增强导电性和机械柔韧性所采用的多种方法和策略，解构了高效高延展性光伏材料的内在规律，强调了同时提升有机光伏电池光伏性能和机械柔韧性的先进策略，包括材料设计、多组分策略和结构优化。

宁波材料所宋伟特聘青年研究员为论文第一作者/通讯作者，葛子义研究员为论文通讯作者。上述工作得到了国家杰出青年科学基金项目（21925506）和国家自然科学基金（22309196）等项目的资助。

图1 柔性和可拉伸有机光伏电池最新进展

图2 三类可拉伸有机光伏电池

（光电信息材料与器件实验室 宋伟）