有機太陽光伏電池（OPV）因其質(zhì)輕、柔性、可溶液加工等獨特優(yōu)勢，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，中國科學院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所，針對有機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，實現(xiàn)高效率有機光伏電池優(yōu)異穩(wěn)定性，證實高效有機光伏電池的濕熱及冷熱循環(huán)可靠性。

團隊提出了一種新方法，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。團隊運用該方法，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)計高穩(wěn)定OPV器件提供了普適性方法。

團隊詳細研究了高效率倒置結(jié)構(gòu)有機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，使制備的有機光伏電池器件獲得了優(yōu)異的長時高溫（85 oC及150 oC）穩(wěn)定性。針對空氣中穩(wěn)定性與水汽滲透動力學關(guān)系問題，研究團隊首次定量解析二維擴散速率與一維擴散速率，同時建立了水汽通過封裝側(cè)面沿封裝膠擴散和通過膠層/基底接觸面擴散的動力學方程，精確量化出封裝側(cè)面水汽擴散路徑比例。該側(cè)面封裝水汽滲透模型有效地指導了封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化。

團隊構(gòu)建了基于鋁箔丁基膠帶的封裝結(jié)構(gòu)，封裝后的有機光伏電池在嚴苛的濕熱測試（85°C/85% RH，1032小時）和熱循環(huán)測試（-40℃至85°C，200次）后，效率保持率均達到94%以上。

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

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基金、中國科學院特別研究助理項目等的支持。