全聚合物太陽能電池具有良好的透明性、溶液加工性和出色的機(jī)械靈活性等特點(diǎn)，因而受到關(guān)注。由于聚合物存在的長共軛分子骨架和大分子量使得微觀形態(tài)難以調(diào)控，限制了全聚合物太陽能電池的短路電流密度和填充因子。此外，作為評估應(yīng)用前景的關(guān)鍵，柔性器件的應(yīng)力應(yīng)變特性與機(jī)械穩(wěn)定性之間沒有明確統(tǒng)一的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，制約了光伏器件性能與機(jī)械穩(wěn)定性的發(fā)展，并混淆了未來的研究方向。

近日，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員包西昌帶領(lǐng)的先進(jìn)有機(jī)功能材料與器件研究組，設(shè)計(jì)具有苯基烷基側(cè)鏈的小分子作為固體添加劑，在特征側(cè)鏈的輔助下與聚合物受體產(chǎn)生的多重非共價(jià)相互作用，尤其是添加劑苯基烷基的苯基與受體端基之間形成新的非共價(jià)鍵，提高了PY-IT亞晶相的分子間作用強(qiáng)度和有序性，提升了全聚合物太陽能電池的光伏性能和機(jī)械穩(wěn)定性。通過獨(dú)立誘導(dǎo)分子堆疊和垂直相分離，偽平面異質(zhì)結(jié)的全聚合物太陽能電池實(shí)現(xiàn)了19.01%的效率和近80%的填充因子，這是當(dāng)前全聚合物太陽能電池的最高值之一。同時(shí)，科研人員探討斷裂伸長率、韌性、彈性變形、彈性模量和屈服強(qiáng)度等各種變量在應(yīng)力應(yīng)變下的變化發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)斷裂伸長率和彈性模量相比，活性層的彈性形變可以更真實(shí)地反映器件的相分離自修復(fù)能力和彎曲穩(wěn)定性，這為開發(fā)具有優(yōu)異性能和機(jī)械靈活性的先進(jìn)全聚合物太陽能電池提供了研究思路。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》(Energy & Environmental Science)上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金、山東能源研究院專項(xiàng)基金、山東省博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃等的支持。