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原创丨彤心未泯（米测 技术中心）

编辑丨风云

有机光伏（OPV）具有轻质、易于加工和优异的机械灵活性等突出特点，在为物联网以及可穿戴和便携式电子产品供电方面具有巨大的应用潜力。为了给应用提供足够的电力，需要制造大面积的柔性OPV组件。然而，实现高效、稳定的大面积柔性OPV组件具有挑战性。

基于此，华中科技大学周印华等人通过抑制电分流和改善电接触来提高大面积柔性有机光伏组件的性能。首先，将银纳米线嵌入聚合物基底中以降低表面粗糙度，从而减少电分流。其次，在P2处引入Cr (5nm)/Ag (40nm)线以改善相邻子电池之间的电接触。Cr/Ag线表现出比有源层更高的激光蚀刻耐受性（2.61±0.01J cm⁻²），在P2处为有效的电接触创建了宽激光蚀刻窗口。薄Cr层对于抑制热退火下Ag膜的聚集以保持高激光蚀刻耐受性和高电导稳定性非常重要。Cr/Ag线的引入同时提高了柔性OPV组件的光伏效率和稳定性。这些改进提高了柔性有机光伏模块的光伏效率和光照稳定性。大面积柔性组件的认证效率为14.04%（有效面积：41 cm²）和13.10%（有效面积：370 cm²，开路电压为103.51 V），连续工作后仍保持初始效率的90.4±2.3%照明时间为912小时。

大面积柔性模块的结构与性能

作者展示了大面积柔性OPV组件的器件结构，其有效面积为41cm²。该模块包含14个子单元。每个单元的宽度为0.41 厘米，长度为7.14 厘米。他们的 PCE范围为13.8%至14.2%，平均为 14.05±0.15%。41cm²柔性OPV组件的认证光伏性能为：V_OC=11.67 V，I_SC=69.06 mA，FF= 71.44%，PCE=14.04%。370cm²柔性OPV组件的PCE也通过了认证，认证性能为：V_OC=103.51 V，I_SC=67.09 mA，FF=69.81%，PCE=13.10%。该组件在1个太阳光照下可提供103.51 V的高V_OC和4,847.73 mW的高功率，表明大面积柔性OPV组件的应用潜力。

图  大面积柔性OPV组件的结构与性能

嵌入柔性聚合物基底中的大面积银纳米线

将AgNW嵌入PVA中以降低其表面粗糙度，从而减少大面积柔性OPV模块的电分流。PET/AgNWs 电极上的1 cm²柔性器件显示PCE几乎为零，且电力短缺，AgNW的嵌入策略对于进一步扩大柔性 OPV 模块的规模非常重要。

图  大面积AgNWs-em-PVA柔性透明电极

有源层和AgNW电极的激光耐受性

作者分别研究了AgNWs-em-PVA(FAgNWs-em-PVA)和有机活性层(FAL)的激光蚀刻注量。十个样品的平均 FAgNWs-em-PVA为0.21±±0.01JJcm⁻²。为了创建去除活性层并保持AgNWs-em-PVA完整的激光蚀刻窗口，作者在 AgNWs-em-PVA/PEI-Zn上沉积 40 nm Ag 或 Cr (5nm)/Ag (40nm)在 P2 处，以保护底部 AgNWs-em-PVA 电极在有源层激光蚀刻过程中免受损坏。结果表明，Ag或Cr/Ag的沉积增强了光伏性能。

图  有源层和电极膜的激光蚀刻注量

大面积柔性OPV组件的稳定性

作者展示了在P2处采用Ag (40 nm)或Cr (5 nm)/Ag (40 nm)的柔性模块在连续弯曲下的效率演变。在P2处添加Cr/Ag的柔性模块在4,000次弯曲循环后仍保持其初始效率的93.2±2.2%。作者还测试了P2处Cr/Ag组件在垂直弯曲下的弯曲稳定性。在r为 2mm的4,000次弯曲循环后，模块效率仍保持其初始效率的94.8±2.1%。在连续照明912 h后，P2处Cr/Ag的柔性组件保持了初始效率的90.4±±2.3%。结果证实了Cr的引入提高了P2处相邻子电池之间电连接的稳定性，从而提高了组件性能的稳定性。

图  薄膜和器件稳定性

参考文献：

Lu, X., Xie, C., Liu, Y. et al. Increase in the efficiency and stability of large-area flexible organic photovoltaic modules via improved electrical contact. Nat Energy (2024). 

https://doi.org/10.1038/s41560-024-01501-1