論文截圖

11月4日，國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然·電子學(xué)》（Nature Electronics）刊發(fā)了南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院陳永勝教授團(tuán)隊的研究論文，介紹了他們在柔性透明電極與柔性有機(jī)太陽能電池領(lǐng)域研究中獲得的突破性進(jìn)展。

文章介紹，陳永勝團(tuán)隊制備了同時具有高導(dǎo)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(gòu)筑柔性有機(jī)太陽能電池，與使用商業(yè)氧化銦錫（ITO）玻璃電極的器件性能相當(dāng)，光電轉(zhuǎn)化效率可達(dá)16.5%，刷新了文獻(xiàn)報道的柔性有機(jī)/高分子太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的最高記錄。這一成果使得高效柔性有機(jī)太陽能電池距離實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化更近一步。

柔性電子器件，特別是基于有機(jī)材料的光電器件，是未來電子器件發(fā)展的一大趨勢，具有巨大的應(yīng)用前景。“其中，獲得高性能的柔性透明電極是實現(xiàn)高效柔性有機(jī)光電器件的前提，也是目前該領(lǐng)域的核心難題。但是，如何獲得同時具有高導(dǎo)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(zhàn)?！标愑绖僬f。

柔性透明電極與柔性有機(jī)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(jī)光電器件的性能仍大幅度落后于相應(yīng)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(guī)模“卷對卷”印刷制備等優(yōu)點，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/span>

在逾滲閾值理論指導(dǎo)下，陳永勝團(tuán)隊利用高分子電解質(zhì)，根據(jù)離子靜電相互排斥原理，一步法制備了具有“類網(wǎng)格”結(jié)構(gòu)的銀納米線柔性透明電極。該柔性透明電極實現(xiàn)了優(yōu)異的性能，其中方阻10 Ω sq-1，透光度92%（550 nm），品質(zhì)因子（FoM）可達(dá)416，表面粗糙度低，且具有優(yōu)良的機(jī)械性能和熱穩(wěn)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(jī)太陽能電池器件結(jié)構(gòu)

為證明其在有機(jī)光電器件中的實用性，陳永勝團(tuán)隊制備了基于該柔性透明電極的柔性有機(jī)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(jié)及疊層光伏器件。制備的柔性光伏器件與使用商業(yè)ITO玻璃電極的器件性能相當(dāng)。單結(jié)和疊層柔性有機(jī)太陽能電池分別實現(xiàn)了13.1%和16.5%的光電轉(zhuǎn)化效率，并表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能，連續(xù)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(yīng)用于有機(jī)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(jī)發(fā)光二極管、晶體管、傳感器等領(lǐng)域也將有極大的應(yīng)用潛力?！标愑绖僬f。

據(jù)了解，該研究得到科技部、國家自然科學(xué)基金委、天津市科委和南開大學(xué)相關(guān)科技項目支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41928-019-0315-1