本征可拉伸有机太阳能电池（IS-OSCs）因其轻质、超柔性、拉伸性、可大面积制备等优势，在下一代可穿戴能源技术领域中展现出无与伦比的应用潜力。尽管近年来IS-OSCs在光电转化效率和机械可拉伸性方面取得了显著进展，但仍难以满足实际应用需求。当前，实现高性能IS-OSCs的最大挑战之一是制备兼具良好电学和力学性能的光活性层。虽然小分子受体的快速发展将刚性OSCs的光电转换效率推到20%以上，但这类受体普遍较脆，致使光活性层断裂应变较低（＜10%）。因此，亟需提出有效的策略对电子受体的分子结构进行设计和改造，进而协同提升IS-OSCs的器件效率和机械强度。
近期，南方科技大学何凤教授团队与华中科技大学邵明教授团队提出创新的分子设计策略，成功开发出一种新型柔性连接电子受体材料，该材料是该团队对前期报道的电子受体分子结构的进一步优化（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202403139）。这种新型受体材料显著提升了有机太阳能电池的光电转换效率和机械拉伸性能，为下一代便携式电子和可穿戴设备的能源供应提供了新的解决方案。该工作以“High-Performance Intrinsically-Stretchable Organic Solar Cells Enabled by Electron Acceptors with Flexible Linkers”为题发表在《Angewandte Chemie International Edition》上（Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202421430）。文章第一作者是南方科技大学博士后丁亚飞，共同第一作者为南方科技大学硕士研究生熊世龙。
创新分子设计：首先，该团队通过扩展共轭骨架和延长烷基侧链等手段，设计合成了一种新型二聚体DY-FBrL，有效改善了受体材料的电荷传输特性和机械力学性能。因此，基于DY-FBrL的刚性OSCs实现了18.75%的光电转换效率（PCE），同时其共混膜的裂纹起始应变（COS）达到18.54%。在此基础上，利用Stille偶联反应，将二聚体DY-FBrL进一步聚合化，成功制备了聚合物受体PDY-FL。虽然聚合导致PDY-FL的器件效率略有下降（PCE = 14.13%），但是其机械性能显著提高（COS = 23.45%），使其成为目前报道的柔性连接的聚合物受体中PCE和COS最高的材料之一。
器件性能突破：为了验证这些新型柔性连接电子受体在可穿戴器件中的应用潜力，研究团队分别制备了基于DY-FBrL和PDY-FL的可拉伸器件。结果显示，基于DY-FBrL和PDY-FL的IS-OSCs的初始PCEs分别为14.31%和11.61%，同时其可拉伸性显著优于基于小分子受体的IS-OSCs。具体而言，Y6基器件的80%PCE保留率对应拉伸应变为11%，而基于DY-FBrL和PDY-FL的器件分别提升至23%和31%，展现了卓越的机械拉伸性能。
图3 可拉伸有机太阳能电池的光伏性能和机械性能研究
上述研究强调了化学手段在调控电子受体的结构和性能中的重要作用，为开发高性能本征可拉伸有机太阳能电池提供了新的有效方案。随着柔性电子技术的不断发展，这类新兴有机光伏器件有望在人体健康监测、智能穿戴、人机交互等领域发挥重要作用。该项目得到国家自然科学基金的资助，在此表示感谢。
论文链接：
Yafei Ding, Shilong Xiong, Waqar Ali Memon, Di Zhang, Zhi Wang, Mingpeng Li, Zihao Deng, Heng Li, Ming Shao,* and Feng He*. High-Performance Intrinsically-Stretchable Organic Solar Cells Enabled by Electron Acceptors with Flexible Linkers. Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202421430. DOI:10.1002/anie.202421430.
https://doi.org/10.1002/anie.202421430
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