Small Methods: 纳米光栅结构助力超柔有机光伏器件

超柔有机光伏器件由于其具有柔性好、比功率较高等优点在可穿戴电子设备中表现出了巨大的优势。目前,超柔有机光伏器件仍然面临着性能低、对入射光角度的依赖性比较高等瓶颈问题,利用纳米光栅的减反效应和等离子体效应有望在这些方面实现突破。但是,生长或者刻蚀纳米光栅所产生的能量较高,容易使超薄柔性电极的基底变形损坏,这极大的阻碍了纳米光栅在超柔性有机光伏器件中的应用。因此,在超薄柔性电极上开发制备纳米光栅的新方法对于提高超薄柔性有机光伏器件性能尤为重要。

基于以上研究背景,日本早稻田大学的Shinjiro Umezu教授和日本理化研究所的Kenjiro Fukuda、Takao Someya教授在能源领域国际著名期刊Small Methods上发表重要成果,他们在超薄柔性基底上制备了周期性纳米光栅,并利用该技术将电子传输层,有机活性层均进行了纳米光栅图案化,制备了triple-patterned超薄有机光伏器件,获得了10.8%的光电转化效率。具体工作是在氟取代疏水性聚合物基底上利用PDMS光栅模板,并采用延长低温加热技术制备了周期性纳米光栅超薄柔性基底,研究发现该技术制备的基底平整度较高。将其应用在反向有机光伏器件的制备中,取得了较好的结果。为了进一步证明该方法制备的纳米光栅对减少器件对于入射光角度依赖性的作用,作者研究了不同入射角对于器件性能的影响。研究发现,当入射角为50o时,有纳米光栅的器件效率仍能保持原有效率的71.3%,而标准器件的性能只有初始效率的65.6%。进一步,作者将超薄柔性基底,电子传输层,有机活性层均进行了纳米光栅的图案化,制备了triple-patterned超薄有机光伏器件,并获得了突破性的进展——光电转化效率高达10.8%。该工作也为今后进一步提高超薄有机光伏器件的性能提供了有效的途径。

相关工作以“Nanograting Structured Ultrathin Substrate for Ultraflexible Organic Photovoltaics”为题在线发表在Small Methods(DOI: 10.1002/smtd.201900762)上。