有機光伏材料（OPV）因其重量輕、成本低、機械柔性高、可大面積製造等獨特優勢而備受關注。目前，OPV器件的光電轉換效率（PCE）已超過18%。 值得注意的是，靈活性是OPV最顯著的特點，柔性透明電極（FTE）作為關鍵部件在這其中起著決定性的作用。高質量的FTE應同時具有優異的光電效能、薄膜均勻性、表面光滑性和機械柔性，目前也已經開發了各種FTE材料，如導電聚合物、碳奈米管、石墨烯、金屬奈米線和超薄金屬等等。銀奈米線（AgNW）因其良好的導電性、高透光率、優異的機械柔韌性和易於溶液加工而被認為是最有前景的候選材料之一。

圖1：相關分子的能級圖與最終器件效能探究

然而，雖然基於AgNWs的FTE材料現已被廣泛研究，但之前的工作主要集中在效能上，如光電效能、表面光滑度和靈活性。到目前為止，對基於AgNWs型FET優越的機械耐受性的機制尚未有較多的研究。鑑於此，近日南開大學陳永勝教授課題組利用之前工作中所開發的FlexAgNE作為新型FTE材料，明星受體分子Y6及其衍生物等作為OPV活性層材料製備了一系列高效能柔性OPV器件。研究結果顯示，所製備的材料效能與剛性材料相當，例如，基於PM6:BTP-4F-12的柔性單結器件的PCE高達15.60%，開路電壓（Voc）、短路電流密度（Jsc）和填充因子（FF）分別為0.837 V、24.92 mA cm-2和74.8%。此外，即使在極端的彎曲或摺疊條件下，柔性器件也顯示出優越和強大的機械穩定性。

圖2：不同彎曲方向下，彎曲次數及程度對於器件的穩定性探究

研究人員隨後深入地研究了該類柔性器件優越機械穩定性的相關機制，認為這一結果主要歸因於FlexAgNE和ZnO傳輸層之間的協同效應。對於FlexAgNE，臭氧處理的聚對苯二甲酸乙二酯（PET）基板和親水性聚電解質（PSSNa）之間會形成氫鍵和範德華鍵，而結合力主要是由PSSNa的磺酸基和PET的羥基之間的相互作用產生，這些分子間作用力將提供一個強大的粘附介面。此外，隨著水分的蒸發，在成膜過程中，交叉的AgNWs結處會發生毛細管力效應，這不僅可以進一步緊密結合AgNWs，而且增強了整體網狀結構的機械牢固性。另一方面，隨著溶劑的不斷蒸發，ZnO奈米顆粒可以緊密聚集在AgNWs周圍，並完全填充到網狀AgNWs的空隙中，從而使得AgNWs與襯底的牢固結合，進一步降低了脆性ZnO對柔韌性的影響。

圖3：相關材料的電鏡表徵

總之，這項工作證明FlexAgNE可以成功地應用於其它柔性有機電子產品，包括髮光二極體和場效應電晶體等。這一全面的認識將指導未來新型FTE材料的設計，以實現更高效能和更穩定的機械效能的柔性OPV器件。相關研究成果現已發表在《Advanced Functional Materials》上，題為“Flexible High-Performance and Solution-Processed Organic Photovoltaics with Robust Mechanical Stability”。

文獻地址：

https://doi.org/10.1002/adfm.202010000

文中所涉及材料：

PM6：1802013-83-7

Y6：2304444-49-1

PC61BM：160848-21-5

BTP-4F-12