天津大学《AM》：揭示高效三元有机光伏共混薄膜的拉伸诱导结构演变

　　有机太阳能电池（OSC）由于其质轻、柔性和半透明等优点，在可穿戴/可拉伸电子领域具有极大的应用前景。近年来，随着ITIC、Y6等新型非富勒烯小分子受体的快速发展， OSC的能量转化效率已经超过19%，但基于非富勒烯小分子受体的OSC薄膜力学性能较差，难以满足可拉伸应用的需求。因此，提高NF-SMAs基OSC的力学性能、揭示OSC活性层薄膜形貌与力学/光伏性能的相互关系对OSC未来可拉伸应用至关重要。针对以上问题，天津大学材料科学与工程学院光电功能高分子材料研究团队的叶龙教授近三年来开展了OSC多组分活性层薄膜力学性能的表征、调控和预测研究，并取得了系列进展（Adv. Mater.2021, 33, 2106732;Adv. Energy Mater.2021, 11, 2003506;Adv. Funct. Mater.2022, 32, 2201781; Aggregate,2023, DOI: 10.1002/agt2.308; Chin. J. Chem.2023, 41, 159, 新锐科学家邀稿）。

　　活性层薄膜在拉伸应变下的结构稳定性制约了OSC拉伸性能的提升。然而，当前领域内OSC活性层薄膜在拉伸应变下的微观结构演变是未知的，并且多组分共混薄膜的拉伸性能的控制因素也缺乏深刻理解。最近，叶龙教授和杨春明副研究员等人结合同步辐射原位广角和小角X射线散射等技术（图1）率先揭示了高效三元OSC在不同拉伸应变下的微观结构差异。结果表明，在具有代表性的共轭聚合物:非富勒烯小分子共混体系（PM6:N3）中引入高分子量的N-型聚合物P(NDI2OD-T2)能够大幅提升共混薄膜的拉伸性能和结构稳定性。此外，他们还从高分子物理原理出发证明了三元共混薄膜的裂纹起始应变和弹性模量能够通过三维等效盒模型（图1）进行预测。该工作为调控和预测多组分共混体系的拉伸性能提供了新思路，对可拉伸电子器件的设计具有参考意义。

　　图1. 原位广角/小角X射线散射表征活性层薄膜拉伸诱导结构演变示意图; 三元共混薄膜拉伸性能的理论预测结果。

　　相关结果以“Unraveling the Stretch-induced Microstructural Evolution and Morphology-Stretchability Relationships of High-Performance Ternary Organic Photovoltaic Blends”为题发表在国际著名材料期刊《 Advanced Materials》。论文第一作者为天津大学材料学院的2019级博士生彭忠祥，通讯作者为天津大学叶龙教授和上海光源杨春明副研究员。论文的共同作者包括天津大学耿延候教授和邓云峰副教授，上海光源边风刚研究员和李秀宏研究员，南京林业大学赵文超教授。该项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金面上基金和创新研究群体项目、天津化学化工协同创新中心以及天津大学北洋学者英才计划的经费资助。同步辐射测试得到了上海光源的大力支持。

　　全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202207884

　　来源：高分子科学前沿

　　声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！