有機(jī)太陽光伏電池（OPV）因其質(zhì)輕、柔性、可溶液加工等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在近太空、建筑一體化、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力。

近日，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所，針對(duì)有機(jī)光伏電池濕熱和冷熱循環(huán)極端環(huán)境穩(wěn)定性提升需求，提出了從材料本征熱穩(wěn)定性篩選、器件功能界面優(yōu)化、器件封裝方法開發(fā)三個(gè)方面同步優(yōu)化的系統(tǒng)解決策略，首次在85℃/85%RH濕熱條件以及-40℃至85℃熱循環(huán)條件下，實(shí)現(xiàn)高效率有機(jī)光伏電池優(yōu)異穩(wěn)定性，證實(shí)高效有機(jī)光伏電池的濕熱及冷熱循環(huán)可靠性。

團(tuán)隊(duì)提出了一種新方法，該方法基于紫外可見光吸收光譜變化曲線微分，得到吸收變化的起始溫度（Tonset），用于表征活性層微觀形態(tài)熱轉(zhuǎn)變。團(tuán)隊(duì)運(yùn)用該方法，發(fā)現(xiàn)交聯(lián)富勒烯摻雜可普遍并顯著提升共混薄膜的Tonset，為從材料源頭設(shè)計(jì)高穩(wěn)定OPV器件提供了普適性方法。

團(tuán)隊(duì)詳細(xì)研究了高效率倒置結(jié)構(gòu)有機(jī)薄膜光伏電池的熱穩(wěn)定性，結(jié)合使用交聯(lián)富勒烯摻雜三元體系，使制備的有機(jī)光伏電池器件獲得了優(yōu)異的長時(shí)高溫（85 oC及150 oC）穩(wěn)定性。針對(duì)空氣中穩(wěn)定性與水汽滲透動(dòng)力學(xué)關(guān)系問題，研究團(tuán)隊(duì)首次定量解析二維擴(kuò)散速率與一維擴(kuò)散速率，同時(shí)建立了水汽通過封裝側(cè)面沿封裝膠擴(kuò)散和通過膠層/基底接觸面擴(kuò)散的動(dòng)力學(xué)方程，精確量化出封裝側(cè)面水汽擴(kuò)散路徑比例。該側(cè)面封裝水汽滲透模型有效地指導(dǎo)了封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了基于鋁箔丁基膠帶的封裝結(jié)構(gòu)，封裝后的有機(jī)光伏電池在嚴(yán)苛的濕熱測(cè)試（85°C/85% RH，1032小時(shí)）和熱循環(huán)測(cè)試（-40℃至85°C，200次）后，效率保持率均達(dá)到94%以上。

該研究不僅證實(shí)了OPV具備優(yōu)異的環(huán)境可靠性，更為提升有機(jī)光伏電池在嚴(yán)苛環(huán)境下的穩(wěn)定性提供了科學(xué)技術(shù)依據(jù)和實(shí)施策略。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-能源》（Nature Energy）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院特別研究助理項(xiàng)目等的支持。