在采用湿法制备柔性有机太阳能电池的过程中，通常需要多次热退火处理或较高温度处理。无退火处理可显著减少柔性衬底的蠕变以及避免高温对器件各功能层的潜在损坏。研究者利用超强酸掺杂和风干的PEDOT:PSS电极代替易碎的ITO电极，在低密度聚乙烯（PE）柔性衬底上，制备了PEDOT:PSS柔性透明电极，进而构筑高柔高效的有机太阳能电池。值得注意的是，柔性透明电极、空穴传输层、活性层、以及电子传输层均采用无热退火湿法制备。
该工作的亮点在于：1）结合低浓度的三氟甲磺酸（CF3SO3H）掺杂处理和室温风干技术，成功获得低方块电阻的无热退火聚合物柔性电极；2）相比传统的“刚性”塑料衬底（比如PET, 其杨氏模量高达5.2 GPa），低杨氏模量（0.2 GPa）的超薄PE衬底具有优异的机械柔性和高的透光性。在此基础上，所制备全无退火柔性有机太阳能电池具有14.66%的能量转换效率、6.33W g-1单位重量输出功率、以及高的柔性。
柔性有机太阳能电池具有成本低、质量轻、易加工以及可穿戴等优点，是能源领域的研究热点。高柔高效加工简单的柔性器件是未来重要发展方向。除了活性层外，柔性透明电极和柔性塑料衬底决定着柔性有机太阳能电池的光伏性能和柔性。然而，柔性有机太阳能电池需要多次热退火或高温度处理，导致柔性衬底的蠕变以及对柔性器件各功能层的潜在破坏；传统柔性衬底，如PET、PEN等，其杨氏模量过高，一定程度上影响了器件的柔性性能。
在该工作中，研究者利用低浓度的超强酸掺杂和室温风干技术，在PE衬底上成功获得了高导电、高柔、无热退火处理的PEDOT:PSS柔性透明电极。另外，采取无退火湿法构筑柔性器件。所制备的柔性有机太阳能电池具有14.66%的能量转换效率以及6.33W g-1的单位重量输出功率。在器件机械性能方面，柔性器件在弯曲半径为0.25mm的苛刻情况下弯曲1000次之后，器件的效率仍然能保持原效率的90%以上。
图1(a)电极风干的示意图。(b)图CF3SO3H掺杂前后PEDOT:PSS薄膜的透过率对比。(c)图CF3SO3H掺杂前后PEDOT:PSS的XRD图谱对比。(d)-(e)图CF3SO3H掺杂前后PEDOT:PSS薄膜的扫描探针显微镜图片，尺寸：1μm×1μm。(f)图CF3SO3H处理前后PEDOT:PSS的UPS图谱（归一化）。
图2(a)基于PEDOT:PSS电极的刚性有机太阳能电池的结构示意图。(b)器件的能级图。(c)基于ITO电极以及PEDOT:PSS电极刚性有机太阳能电池的J-V曲线。(d)对应的暗电流曲线。(e)器件开路电压随光强变化的曲线。(f)基于PEDOT:PSS电极的大面积有机太阳能电池J-V曲线。
图3(a)柔性电池的结构简图。(b)器件的截面SEM图。(c)三种不同衬底：玻璃、PET、PE的透过率对比。(d)基于PET衬底与PE衬底柔性器件的J-V曲线。(e)器件的EQE曲线。(f)PET与PE两种柔性衬底的拉伸强度对比曲线。(g-h)分别在0.5mm以及0.25mm弯曲半径下，基于PET衬底和PE衬底器件的效率随弯曲次数的变化曲线。(i) PEDOT:PSS分别在PE衬底以及PET衬底上电阻随弯曲半径大小的变化曲线。
结合低浓度CF3SO3H掺杂和室温风干技术，在低杨氏模量聚乙烯柔性衬底获得了高导电、高透明、高柔的PEDOT:PSS电极，在此基础上，创新性发展了的全无退火湿法加工，获得了高效且高柔的有机太阳能电池。该工作从无热退火处理和低杨氏模量柔性衬底选择角度出发，开辟了构筑简单易加工高性能柔性有机太阳能电池的有效途径。这对简单易加工柔性有机太阳能电池的发展具有重要的意义。
这一成果最近发表在All Annealing-Free Solution-Processed Highly Flexible Organic Solar Cells. J. Mater. Chem. A 2021, DOI:10.1039/D0TA11831A (入选2021年JMCA Hot Papers)。论文第一作者为湖南大学和中科院宁波材料所的联合培养生万隽永博士生。
万隽永（论文第一作者）：湖南大学在读博士，目前在中国科学院宁波材料所做课题研究，主要的研究领域是PEDOT:PSS透明电极的导电性以及在柔性有机光电器件上的研究。
黄晖辉（论文通讯作者之一）：湖南大学物理与微电子科学学院副教授，主要研究方向为基于微/纳米结构的能量器件和光学传感器。
樊细（论文通讯作者之一）：现为中国科学院宁波材料技术与工程研究所副研究员，长期从事PEDOT:PSS等柔性导电材料和柔性有机光电器件研究。近三年，以通讯作者/第一作者在Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Sci.、Nano-Micro Lett.、J. Mater. Chem. A等国际期刊上发表了十余篇SCI论文，其中六篇论文影响因子大于10。受邀成为英国London Journals Press出版社Rosalind名誉会员（Honorary Rosalind Member）；国际聚合物专业期刊Polymers审稿人委员会成员（Reviewer Board Member）；J. Mater. Chem. A.审稿人社群（Reviewer Community）成员。
