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  柔性有機光伏器件(OPV，也稱有機太陽電池)由于其質量輕、成本低、可印刷加工以及耐彎折等突出優點已被認為是有機光伏器件未來商業化的發展方向之一，并有望與剛性硅太陽能電池市場形成良好互補。氧化銦錫(ITO)電極由于其良好的導電性與透光性而被廣泛用于剛性OPV的透明電極。然而，由于ITO的高成本和易碎性，這將嚴重限制其作為柔性OPV的應用。因此，開發高效率、低成本、耐彎折的大面積無ITO柔性OPV對于其實際應用非常重要。

  近日，浙江大學高分子科學與工程學系陳紅征教授課題組在發展高效率、低成本、耐彎折的大面積柔性OPV上取得重要進展。通過對材料和器件進行協同優化，陳紅征教授課題組制備了一種具有優異柔韌性的高效率大面積無ITO有機太陽電池，將有力促進OPVs的發展。該工作以 “High-Efficiency ITO-Free Organic Photovoltaics with Superior Flexibility and Up-Scalability”為題發表在國際頂尖材料期刊《Advanced Materials》上（DOI: 10.1002/adma.202200044）。

  該工作設計并制備了一種先進的基于超薄銀為透明電極(TUA)的頂入射器件結構。首先，插入共軛聚電解質層PCP-Li，可以有效連接底部銀電極和空穴傳輸層PEDOT:PSS、改善PEDOT:PSS形貌、提高底部銀電極的功函數、實現良好的光子到電子轉換并大幅提升了器件產率。其次，沉積電荷收集網格以抑制隨著器件面積的擴大而增加的電阻損耗，從而實現了從0.06 cm²到1 cm²幾乎完全一致的器件效率。第三，頂入射結構的優點是入射光不需要穿透襯底而直接被光敏層吸收，這使得頂入射結構使器件能夠集成到不同的基板上，以便于設計柔性OPV。結果顯示，所設計的在超薄聚酰亞胺（PI）基板上的1 cm²柔性OPV的能量轉換效率(PCE)達到了15.56%，創下了無ITO、大面積、柔性OPV的效率記錄。有趣的是，該器件在彎曲半徑為4 mm的情況下彎曲100,000次后幾乎沒有發生效率衰減，表現出優異的機械柔韌性，這代表了柔性OPV的最佳結果。這項工作為 OPV 的器件結構設計和優化提供了參考，具有高效率、低成本、卓越的柔韌性和器件面積擴大的能力，從而推動OPVs的實際應用。

圖1. 柔性OPV器件結構及性能示意圖

  該工作是陳紅征教授課題組近期在發展高效率低成本的有機光伏器件研究的最新進展之一。由于ITO的高成本和易碎性嚴重限制了其作為柔性OPV的商業應用。發展優異柔韌性與低成本的透明電極對于OPV的后續發展非常重要。其中，超薄銀(Ultra-thin Ag)具有高導電性和光學微腔的強光捕獲特性，已被廣泛探索作為ITO的替代品。此外，基于超薄銀作為透明電極(TUA)的OPV器件由于其柔韌性好、成本低和良好的器件面積放大能力，為OPV的實際應用提供了巨大潛力。另外，由于超薄銀電極的強反射特性，導致TUA器件中相當大一部分太陽光被超薄銀反射而不是被有效利用，因此對于超薄銀進行光學性能改善對于提升TUA器件性能尤為重要。基于此，陳紅征教授團隊此前已經發展了一系列基于超薄銀作為透明電極以及對超薄銀進行光學性能改善的工作(Adv. Mater. 2014, 26, 6778–6784; Adv. Mater. 2015, 27, 6983–6989; Mater. Chem. Front., 2017, 1, 304-309; ACS Energy Lett. 2020, 5, 3115?3123；Chinese Chemical Letters. 2020, 31, 1608–1611; Sol. RRL 2021, 5, 2100339；Adv. Energy Mater. 2021, 2003408 )。

  文章第一作者為浙江大學高分子系博士研究生鄭祥均，通訊作者為浙江大學高分子系陳紅征教授、施敏敏教授、左立見研究員以及中科院化學所侯劍輝研究員。該研究得到了國家自然科學基金委的支持。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202200044