“太空输电”是指将太空中发的电，通过无线能量传输技术（微波、激光等）传送到地球。

听起来有些科幻，因为这个想法正源于科幻小说。
1941年，美国科幻小说作家艾萨克·阿西莫夫在短篇小说《Reason》中描述过这一场景：利用空间站的电池板捕捉太阳能后，通过微波光束将其传输到各个行星。

太空输电示意图，引自科普中国
相比地面光伏电站，“太空输电”可以避免太阳能电池“看天吃饭”以及大气层对阳光的削弱作用，大幅提升发电效率。据估算，太空中同样面积的太阳能电池板的发电量是地面的几十倍。
近年来，“太空输电”竞赛持续升温。
美国太阳能初创公司Aetherflux计划在2026年发射首个低地球轨道示范卫星，将太阳能直接收集，并通过激光传输到地球上的“地面站”，实现人类首次从太空向地球传输电力，现已融资6000万美元，并得到美国军方的支持。
英国Space Solar公司计划在3.6万公里高空打造直径1.8公里的“仙后座”空间站，利用数百万颗覆盖太阳能电池板的卫星来收集太阳光，通过约10亿个天线向地球传输能量，获得了英国政府的资助。
欧洲空间局于2023年1月启动了SOLARIS预先研发计划，计划在三年内投入6000万欧元，专注于太阳能电池、能量转换器、空间机器人等核心技术的研发，为未来的在轨验证奠定基础。
中国的空间太阳能电站系统项目叫“逐日工程”，规划分“三小步”（地面/浮空试验、空间电能管理、天地无线能量传输试验）和“两大步”（MW级试验验证、GW级商业电站），目标是到2030年，把兆瓦级的试验电站送到地球同步轨道；到2050年，建成可以商用的吉瓦级电站。
除了能源的“天地传输”，“天天传输”也在探索，可以视为“天电地用”的容易版本。
2025年11月，美国Star Catcher公司用1.1千瓦激光束，将能量精准传输到数百米外的光伏阵列，打破了今年6月美国国防高级研究计划局（DARPA）创下的800瓦的激光束发射功率纪录。
这项技术可以满足轨道侧用电需求：通过聚光系统捕捉太阳能，然后通过高精度的波束将电力直接传输给卫星。通过这种“太空对太空”的能源中继，卫星可以摆脱沉重的电池板，将更多的质量分配给有效载荷。
不管是穿越大气层输电还是“太空对太空”送电，均面临着成本挑战。根据2024年NASA评估报告，太空发电站的发电成本高达0.6亿美元/度，是地面太阳能电站的12~80倍，主要贵在火箭发射。

此外，规模化部署太空发电设施将带来轨道拥挤问题和碎片碰撞风险，无线能量传输技术也面临着前所未有的监管挑战。

系统核心组件：科技如何汇聚？
光伏组件（Photovoltaic Modules）
作为系统的核心发电单元，现代阳台光伏组件普遍采用单晶硅（Monocrystalline Silicon） 技术，具有转换效率高和成本逐步下降的特点。

近年来，为适应城市环境，头部组件厂推出了无边框、全黑、轻量化版型，不仅重量更轻，而且更能融合现代家居建筑风格，满足了消费者对美观的需求。

微型逆变器（Micro-inverter）
微型逆变器是阳台微电网的"大脑"，负责将太阳能电池板产生的直流电（DC） 转换为家庭可用的交流电（AC）。 与传统的串联式逆变器不同，微逆可为每块光伏组件提供独立的功率优化，避免因部分阴影而影响整体发电效率。

以昱能科技推出的QS2单相四体微型逆变器为例，输出功率达2200W，拥有4路独立MPPT和60V低压安全设计，确保了电站安全、高效运行。

储能装置（Energy Storage Device）
插入式阳台储能系统（Plug-in Balcony Energy Storage System）是阳台微电网的重要组成部分，通常采用锂电池组储存多余电能。 当前市场产品主要分为分立式和一体式两种类型，满足不同家庭的空间和需求。

固德威推出的阳台光储系统容量可达9.6kWh，支持堆叠式安装和新旧电池扩容，按照II类保护设备标准设计，防护等级达到IP65，可在-20℃稳定运行。

防逆流电表（Reverse Power Protection Electric Meter）
这一设备是分布式光伏发电系统中的关键安全设备，用于防止光伏发电产生的多余电力逆向流入电网，确保系统安全稳定运行。

它具备双向计量功能，记录光伏发电量和家庭用电量，区分"自用"与"余电"，为电费结算和收益分析提供数据支持。

国际经验：德国为何成为引领者？
德国阳台光伏的爆发并非偶然，截至2025年6月底，该国阳台光伏系统注册数量已突破100万套，合计装机容量约1.0-1.2GW。 这一成功源于多方面因素：

政策支持：德国早在2000年就推出《可再生能源法》（EEG），确立"固定上网电价"机制。 2024年，又通过《Solarpaket 1》法案，简化阳台光伏注册流程，将系统功率上限提升至逆变器800W/组件2000Wp，并明确规定租户有权安装阳台光伏。

经济激励：地方层面提供每套500欧元的补贴，大幅降低了用户的安装成本。

高电价驱动：德国居民电价为0.39美元/千瓦时（约2.8元人民币），高居世界第一，这让居民有强烈动力通过自发自电来节省电费。

据当地机构Anker Solix对数千个客户样本的分析，配备3.2kwh储能和4块光伏组件的阳台光伏系统，每年可为一户家庭节省373欧元，成本回收期约为5.4年。

中国市场的机遇与挑战
潜力巨大的市场空间
中国拥有城镇住宅超3亿套，若阳台光伏渗透率达到10%，市场规模或将达万亿级。 目前，中国住建部2025年新标已放宽限制，允许阳台安装面积增至0.5㎡以上，800W以下系统免备案，为行业发展打开了政策空间。

企业积极布局
目前，已有多家企业开始布局阳台光伏。 光伏组件领域有华晟、TCL光伏、亿晶光电等；逆变器领域有"微逆双子星"昱能、禾迈，老牌企业古瑞瓦特、固德威等；甚至家电起家的海尔、创维也加入了这一领域。

实际效益分析
以上海地区为例，安装一套500W阳台光伏系统，日均发电约5度，年发电量可达1800度左右。 按上海居民电价0.6元/度计算，年省电费约1080元，回本周期约1.8-3年，系统寿命长达25年，后期发电收益为净收益。

面临挑战
中德市场存在差异。行业专家张鹏龙指出："德国人工昂贵，客户偏好成套方案以降低成本；国内人工费用低，且需大功率组件提升经济性，因此安装商模式成为主流。"

此外，国内终端应用场景目前主要集中在乡镇，而非城市别墅或公寓。 已安装的上千套系统中，真正位于"阳台"的案例并不算很多，主要落地场景是在乡镇打印店、小商店及村民院落中。

未来趋势：从产品到生态的演进
产品家电化
阳台光伏不仅是一种场景拓展，更意味着光伏的商业模式正式从toB转型为toC。 在德国，阳台光伏系统已进入了宜家超市，成为标准的"家电"产品——这无疑大大拓宽了市场想象空间。

智能化管理
昱能科技自研的"BESS AI"模型能深度挖掘用户历史光伏发电及用电数据，融合地区动态电价等多元信息，精准预测次日发电用电情况，生成高度定制化的"一户一策"电池充放电策略。

光储充一体化
未来的阳台微电网将不再局限于发电，而是形成光-储-充一体化系统。固德威等企业已推出整合了"阳台专用组件+微逆+阳台光储系统+智能APP"的完整产品组合，为用户提供一步到位的解决方案。

硅是一种非常理想的电动汽车电池负极材料，因为它的能量密度比现有的石墨负极高9倍以上，所以能确保更高的充电倍率。有助于提升电池的能量密度，硅负极电池有助于缩短电动汽车和内燃机汽车之间在成本、充电时间以及续航里程方面的差距。
汽车制造商力求在电池中使用硅。 
"硅性价比高，价格不贵"，2020年特斯拉电池日发布会上强调。 
"切须将电池化学结构从石墨转换为硅......能量密度更高，不易析锂，充电更快” — 保时捷公司执行委员会主席奥利弗·布卢姆在2021年举行的大众汽车动力日活动上强调。 
"......硅连接的锂离子数比单纯的石墨要多的多” — 大众汽车集团部件公司电池与电池系统部部长弗兰克·布洛姆在2021年大众汽车动力日上强调。
硅的基本问题
硅存在尚未解决的基本应用问题，即充电和放电过程中的膨胀问题，这导致硅材料颗粒之间出现开裂失去电接触。

因此，硅电池很快就会失效。这个难题导致硅这种高能量密度材料无法用于现代锂离子电池中。
解决这个问题并防止硅负极快速劣化

单壁碳纳米管覆盖在硅颗粒表面上，并在颗粒之间形成具有高导电性且坚固的连结。在负极的硅颗粒膨胀、材料开始开裂时，通过TUBALL™单壁碳纳米管形成的致密、长程、导电且坚韧的连接，确保颗粒之间的连接保持牢固。 
从而，防止负极失效，并大大延长负极使用寿命，足以满足电动汽车制造商最苛刻的质量要求。
含有单壁碳纳米管的硅负极：能量密度可达350 Wh/kg
当添加到硅负极时，单壁碳纳米管将把硅颗粒彼此连接起来，使它们在膨胀时也能够保持良好的电接触，防止电池降解。

目前，TUBALL™单壁碳纳米管是唯一能够形成长程、强韧及高导电性的坚韧连结材料，即使在严重的体积膨胀和开裂情况下也使硅负极颗粒之间保持连接。
导电网络将使硅负极使用寿命延长至4倍

领先的锂离子电池制造商已经证明，单壁碳纳米管可使负极掺入高达20%的SiO，从而确保高达300Wh/kg及800Wh/l破纪录的能量密度。这能够保障快速充电功能的可实施性，比市场上现有能量密度最高的电池高出15%。
20%的SiO仅仅是一个开始
研究结果表明，用单壁碳纳米管 可使负极的SiO含量极大化至90%，从而确保350Wh/kg能量密度。

一些领先的锂离子电池制造商已经大批量生产硅碳负极电池。
单壁碳纳米管可简单添加到电池标准生产过程中
为了促进单壁碳纳米管在电池中的应用，我们开发了单壁碳纳米管在水中的分散液，可用作锂离子电池的导电剂，可以直接添加到标准工艺流程中。
单壁碳纳米管在水中的分散液，可用作锂离子电池的导电剂 用于高能硅负极。通过在硅负极内形成坚固的网络，解决负极快速劣化的基本问题，首次使锂离子电池制造商能够做到在电池中使用大量的硅，获得理想的能量密度，同时保障快速充电功能的可实施性。

过去几年，碳纳米管在负极材料中的应用已逐渐成熟，特别是在硅碳负极体系中，其分散性与导电性优势帮助行业缓解体积膨胀与界面不稳定难题。相比之下，碳纳米管在正极材料中的应用一直处于探索阶段，主要受限于复合均匀性、成本与规模化等因素。然而，随着电动汽车对高倍率快充、长循环寿命的需求不断上升，正极体系对导电网络的强化需求显著增加，碳纳米管成为解决高镍三元与高电压正极瓶颈的潜在路径。

近日，天奈科技在投资者互动平台披露，旗下四川天奈锦城材料科技有限公司正在实施一项全新的碳纳米管正极材料项目。该项目结合先进的碳纳米管制备技术与正极材料复合工艺，计划分阶段实现年产10万吨的产能布局，首期2万吨正在建设。这一动作无疑释放出一个信号：碳纳米管正极材料，正在成为产业化突破的重要新方向。

天奈科技作为国内乃至全球碳纳米管分散与应用的龙头企业，此前的增长动力主要来自导电剂市场。尤其是在磷酸铁锂体系扩产周期中，碳纳米管分散液一度成为标配。然而，这一赛道逐渐走向红海，市场竞争加剧、客户价格敏感度上升，导致龙头企业不得不寻找新的增量空间。正极复合材料恰好处于产业链升级的关键节点，其需求不仅体现在电池的快充与能量密度提升，也关系到下一代高电压材料体系的商业化可行性。因此，天奈科技通过“材料+导电”的方式切入正极复合，将自身从单一的功能材料供应商，转型为具备复合材料体系解决方案的综合供应商。项目本身的产能规划亦颇具看点。年产10万吨的新型正极材料规模意味着天奈科技并非试验性切入，而是有意在产业化初期就建立体量优势。考虑到首期2万吨产能，若能在两到三年内实现投放，足以进入主流动力电池供应链的产能门槛。更重要的是，该模式不仅能提升碳纳米管的整体应用价值，还可能在客户侧带来材料体系优化的粘性。从市场层面看，碳纳米管正极材料的潜力正在逐渐放大。高镍三元体系在能量密度提升方面依然是主流路线，但其高压环境下的电子传输效率不足、结构稳定性下降，始终是制约其应用的瓶颈。碳纳米管通过构建均匀且稳定的导电网络，可以明显改善界面阻抗与电子迁移效率，从而实现更高倍率下的稳定充放电。这对快充场景尤其关键，当前新能源汽车产业链对“15分钟充至80%”的要求，使得电池导电网络优化成为必然。与此同时，固态电池、锰基高电压正极等新兴体系，也需要新的导电解决方案。
国内其他材料与电池企业也在不同程度上探索碳纳米管在正极方向的应用潜力。贝特瑞在碳基材料方面布局较早，其产品体系涵盖石墨烯、碳纳米管及多孔碳，重点放在导电剂和负极复合材料领域，相关研发成果正在逐步拓展至高镍三元和高电压体系的适配研究。杉杉股份则通过与国际碳纳米管供应商合作，已经在负极材料快充性能提升方面形成量产应用，并尝试将碳纳米管导电网络的经验延伸到更广泛的电池材料环节。与此同时，下游电池企业如力神等，也在实验室层面与碳材料厂商展开联合开发，评估碳纳米管在正极复合材料中的可行性。整体来看，这些探索还处于验证与优化阶段，但它们共同指向一个趋势：碳纳米管在电池正极领域的应用正逐渐从概念走向产业化实践。从供应链角度看，这种探索具有明显的协同效应。一方面，碳纳米管生产企业需要与正极材料厂商深度绑定，才能实现工艺适配与成本优化；另一方面，电池企业也在寻找兼顾高能量密度与快充性能的综合解决方案。这种“三角合作”模式，可能会成为碳纳米管正极材料产业化的关键。日韩企业也在积极探索碳纳米管在正极体系中的应用路径。以LG Chem（LG Energy Solution母公司）为例，其官方资料显示，公司已布局碳纳米管导电剂的量产与应用，并指出该类材料可作为正极导电添加剂，提高电池容量和寿命。然而，产业化之路并非没有挑战。首先，成本控制是关键。碳纳米管虽然在国内已实现部分规模化生产，但其价格仍高于传统炭黑、石墨等导电剂材料。在正极体系中大规模使用CNT，意味着材料成本会直接传导至电池环节，若缺乏性能的明显差异化，客户接受度可能有限。其次，工艺适配性问题不容忽视。碳纳米管的分散性与团聚问题，若在正极复合环节控制不当，可能导致浆料均匀性不足，影响电池一致性。这需要材料企业不仅提供原料，还要掌握浆料工艺与电极成型的协同优化能力。第三，市场培育周期也需要时间。动力电池客户的验证流程通常长达两年以上，这意味着项目从建设到放量，仍需经历较长周期的爬坡与磨合。

柔性可持续有机光伏的生物基热固性基底的最新研究进展

贵州大学材料与冶金学院谢海波教授、谢远鹏特聘教授团队、第一作者贵州大学材料与冶金学院2022级硕士研究生田景富，第一完成单位为贵州大学材料与冶金学院高分子材料与工程系。

SE000513 贵州大学谢海波教授、谢远鹏特聘教授团队在AFM杂志发表用于柔性可持续有机光伏的生物基热固性基底的最新研究进展

SE000513 Biobased Thermoset Substrate for Flexible and Sustainable Organic Photovoltaics - Tian - 2024 - Advanced Functional Materials - Wiley Online Library

SE000514 贵州大学首创制备生物基柔性基底新技术！

 该研究针对柔性电子产业可持续发展的需求，设计并制备了基于生物质衍生单体的高性能柔性基底材料，解决了传统石油基聚合物（如PET、PEN等）不可再生、难降解的问题，同时克服了现有生物基基底（如纳米纤维素材料）机械性能不足和环境稳定性差的缺陷。通过创新性地利用木质素衍生单体（丁香酚、香草醛）构建交联网络，实现了基底材料在机械强度、透光率、环境稳定性和可降解性之间的平衡，为柔性有机太阳能电池（OSCs）及其他柔性电子器件提供了可持续的基底解决方案。

1 材料

1.1. 通过硫醇-烯点击化学将芳香族碳酸酯单体（2E）和缩醛单体（4E）与四硫醇交联，形成三元聚（硫醚碳酸酯缩醛）热固性材料，交联密度可调（最高达750.1 mol/m³）。

    1.2. 引入4E显著提升了材料的机械性能（拉伸强度55 MPa）和交联密度，同时保持高透光率（>90%，400-800 nm）和低表面粗糙度（~3 nm）。

2 性能

2.1. 环境稳定性：耐受常规环境条件，避免加工和使用中的降解问题。

2.2. 可降解性：在3 M NaOH、80°C条件下80分钟内完全降解为可回收小分子，符合循环经济理念。

2.3. 器件兼容性：表面均匀性优于商用PET基底，适配柔性OSCs多层结构（电极/活性层等）。

3 应用：

    3.1. 柔性OSCs的功率转换效率（PCE）达15.41%，超越PET基器件，证明其实际应用潜力。

3.2. 柔性光伏领域：作为高性能基底，可直接用于柔性OSCs的大规模生产，推动可穿戴能源设备发展。

3.3. 扩展至柔性电子：适用于柔性显示器、传感器等需要透明、可弯曲基底的器件。

3.4. 绿色材料模板：单体设计和交联策略为其他生物基高分子材料的开发提供参考。

4 进一步优化

4.1. 性能优化：进一步调控单体比例或引入其他功能单体（如动态共价键），以提升材料韧性或自修复能力。

4.2. 规模化生产：探索低成本、高效率的合成工艺，推动工业化应用。

4.3. 降解机制研究：开发更温和的降解条件（如酶催化），扩大回收材料的再利用场景。

4.4. 多场景适配：验证材料在极端环境（高湿、高温）下的稳定性，拓展至航空航天等特殊领域。

该研究通过生物基单体的分子设计与可控交联，实现了柔性基底材料“高性能-可持续性”的统一，为绿色柔性电子产业提供了重要技术路径。未来需聚焦材料体系的多元化开发与规模化生产，以加速其商业化进程。

一 南昌大学陈义旺&谈利承&孟祥川最新AM—应变弛豫调控策略制备高性能柔性准平面异质结有机太阳能电池

光敏薄膜的合理增韧对开发强韧性柔性有机太阳能电池（F-OSCs）至关重要，这类器件性能常受薄膜内机械应变与热力学弛豫的影响。然而，这些特性的潜在决定因素及调控柔性器件整体性能的量化指标尚未被明确定义。
2025年3月26日，南昌大学陈义旺&谈利承&孟祥川等于Advanced Materials刊发应变弛豫调控策略制备高性能柔性准平面异质结有机太阳能电池的最新研究成果。该研究提出一种细晶强化策略：通过聚氧乙烯（PEO）侧链在局部运动中的次级热弛豫，利用氢键相互作用限制自由波动所需体积，从而抑制小分子受体薄膜的过度聚集/结晶行为、非理想热力学状态及残余富集态。该策略使材料屈服强度提升且微裂纹减少，同时提高了给体/受体界面的断裂能。最优F-OSCs器件在0.04 cm²和1.00 cm²面积下分别实现19.12%和16.92%的最佳效率，85℃加热2600小时后仍保持初始效率的80%。器件柔性与机械韧性同步优化，弹性模量与刚度分别降低50.68%和5.71%。
该工作为柔性有机光伏器件效率、机械及环境稳定性的协同提升提供了创新参考，加速其商业化提供了理论支撑。

图1. F-OSCs的增韧机制与光伏参数

图2. BTP-eC9薄膜的热力学与残余应力分析

图3. 成膜动力学与均匀性分析

图4. F-OSCs的机械性能与形貌稳定性

图5. 缺陷态分析与F-OSCs稳定性
R. Gong, Q. Yan, Z. Xing, H. Wang, L. Tan, X. Meng, X. Hu, Y. Chen, A Strain Relaxation Modulation for Printing High-performance Flexible Pseudo-Planar Heterojunction Organic Solar Cells. Adv. Mater. 2025, 2501033. https://doi.org/10.1002/adma.202501033
南昌大学柔性太阳能电池研究突破
SE000518 通过应变弛豫调控实现高性能柔性赝平面异质结有机太阳能电池

SE000519 A Strain Relaxation Modulation for Printing High‐performance Flexible Pseudo‐Planar Heterojunction Organic Solar Cells - Gong - Advanced Materials - Wiley Online Library

1 背景与挑战

  柔性OSCs的光敏薄膜常因机械应变和热力学弛豫导致性能下降，但缺乏量化调控指标。
  本研究通过材料增韧策略解决薄膜脆性、界面断裂及稳定性问题，推动柔性光伏商业化。

2 应对策略：细晶强化与应变弛豫调控

2.1. 引入聚氧乙烯（PEO）侧链，利用其次级热弛豫特性调控薄膜微观结构。

    2.2. 限制分子自由波动体积，抑制小分子受体（如BTP-eC9）的过度聚集/结晶。

2.3. 热力学优化：减少非理想残余富集态，降低薄膜内应力。

3 结果

    3.1. 机械性能：屈服强度提升，微裂纹减少，给体/受体界面断裂能提高。

    3.2. 柔性优化：弹性模量降低50.68%，刚度降低5.71%。

3.3. 性能突破

3.3.1. 高效率：

0.04 cm²小面积器件：19.12%（目前柔性OSCs的最高效率之一）。
1.00 cm²大面积器件：16.92%，展现规模化潜力。

3.3.2. 稳定性：

85℃高温下持续2600小时，效率保持初始值的80%。
机械耐久性：弯曲测试中表现优异（未明确循环次数，但模量降低预示柔韧性提升）。

4 原理

4.1. 通过热力学分析（如DSC、XRD）揭示PEO调控的结晶行为，残余应力降低。

4.2. 成膜动力学显示更均匀的相分离形貌，减少缺陷态

4.3. 纳米压痕测试证实薄膜弹性模量降低，断裂韧性增强。

5 意义与应用

5.1. 理论贡献：首次提出应变弛豫量化指标，为柔性光伏材料设计提供新范式。

5.2. 商业化潜力：通过协同优化效率、柔性和稳定性，推动柔性OSCs在可穿戴设备、建筑光伏等领域的应用。


 该研究通过多尺度调控策略（分子设计、界面工程、力学优化），为柔性光伏器件的性能瓶颈提供了系统性解决方案，是材料科学与器件工程结合的典范。

二 中科院宁波材料所葛子义&陈振宇&宋伟最新EES—巨分子受体中柔性连接链的蝴蝶效应：优化结晶与聚集行为实现机械耐久性提升及二元有机太阳能电池19%效率突破

在柔性有机太阳能电池（OSCs）中实现小分子受体（SMA）与聚合物受体的功率转换效率（PCE）和机械鲁棒性平衡仍具挑战。目前柔性连接链多被引入受体单体的中性位点或末端，但此类体系在二元器件中尚未实现令人满意的能量转换效率。
2025年3月25日，中科院宁波材料所葛子义&陈振宇&宋伟等于EES刊发分子受体中柔性连接链的蝴蝶效应：优化结晶与聚集行为实现机械耐久性提升及二元有机太阳能电池19%效率突破的研究成果，该研究通过在侧链位点引入不同长度的柔性连接链，设计了一系列柔性连接链巨分子受体（GMAs）DSY-C4至DSY-C10。基于优化后的DSY-C10的二元OSCs器件同时实现了高效率（PCE=18.89%）与卓越机械韧性（裂纹起始应变COS=9.95%），创下了高延展性受体的新标杆。侧链连接使分子呈现蝴蝶状构象，柔性连接链降低了空间位阻，显著提升了大分子受体的结晶性与聚集度。因此，PM6:DSY-C10器件表现出优于PM6:DSY-C4体系的短路电流密度（Jsc=27.51 mA cm-2 vs. 26.65 mA cm-2）和填充因子（FF=0.785 vs. 0.728）。更长的柔性连接链还增强了给受体相互作用，使PM6:DSY-C10共混膜的COS值较PM6:DSY-C4（COS=6.04%）提升65%，接近聚合物受体PT-IY的水平。此外，将DSY-C10引入PM6:BTP-eC9二元体系实现了19.91%的效率（认证效率19.39%），凸显了柔性连接链大分子受体在高效率柔性OSCs中的应用潜力。
该研究证明柔性连接链大分子受体为二元OSCs提供了效率与机械性能的 平衡，为开发耐用柔性OSCs开辟了新路径。

Butterfly-effect of Flexible Linker in Giant-molecule Acceptor: Optimized Crystallization and Aggregation for Enhancing Mechanical Durability and Approaching 19% Efficiency in Binary Organic Solar Cells https://doi.org/10.1039/D4EE05456C
中国科学院宁波材料技术与工程研究所葛子义研究员团队在有机太阳能电池（OSCs）领域取得重要进展，通过分子结构设计同时提升了器件效率和稳定性。相关成果分为两部分发表在英国皇家化学会期刊《Energy & Environmental Science》：
中国科学院宁波材料所葛子义&陈振宇&宋伟最新EES—巨分子受体中柔性连接链的蝴蝶效应

中国科学院宁波材料所葛子义&陈振宇&宋伟最新EES—巨分子受体中柔性连接链的蝴蝶效应

SE000520 宁波材料所在柔性有机太阳能电池研究方面取得新进展----中国科学院上海分院

SE000521 Butterfly-effect of Flexible Linker in Giant-molecule Acceptor_ Optimized Crystallization and Aggregation for Enhancing Mechanical Durability and Approaching 19_ Efficiency in Binary Organic Solar Cells - Energy & Environmental Science

I. 背景

I. 1. OSCs优势

    I. 1. 1. 柔性、半透明、轻质、可溶液加工（源于有机π-共轭材料）。

    I. 1. 2. 小分子受体（SMAs）使效率（PCE）突破20%，但**低玻璃化转变温度（Tg）**导致光/热应力下分子聚集，稳定性差。

I. 1. 3. 巨分子受体（GMAs）的潜力

结合SMAs的高效与聚合物受体的稳定性，2022年后成为研究热点。

II. 第一篇研究：硒原子调控的巨分子受体

II.1. 分子设计与合成

II.1.1. 合成4种GMAs：GMA-SSS、GMA-SSeS、GMA-SeSSe、GMA-SeSeSe，通过硒（Se）原子取代硫（S）调控分子结构（图1a）。

II.1.2. GMA-SSeS平面性最优（二面角最小）。

II.2. 关键性能发现

II.2.1. 光学/电化学性能：
 GMA-SeSSe和GMA-SeSeSe因分子内电荷转移增强，吸收峰红移30 nm。

II.2.2. 光伏性能：
 PM6:GMA-SSeS器件效率最高（PCE=19.37%，VOC=0.917 V），优于其他GMAs。
 优势机制：激子解离高效、电荷传输平衡、相分离形貌优、电压损失低（ΔE3=0.246 eV）。

II.2.3. 稳定性突破：
 720小时存储后保持94%初始PCE；100℃下T80寿命达5600小时。

II.3. 分子结构-性能关系

 硒原子调控可优化分子堆叠和混溶能力，实现高效稳定OSCs。

III 第二篇研究：柔性连接链巨分子受体

III.1. 分子设计创新

 设计侧链含柔性连接链的GMAs（DSY-C4至DSY-C10），形成蝴蝶状构象。
 DSY-C10柔性链最长，显著提升结晶性和聚集行为。

III.2. 性能突破

III.2.1. 效率与机械性能协同提升：

        III.2.2. DSY-C10基二元器件：PCE=18.89%，裂纹起始应变（COS）=9.95%（图未展示）。

        III.2.3. 三元体系（PM6:BTP-eC9:DSY-C10）效率达19.91%（认证19.39%）。

    III.2.4. 机制：长柔性链增强给受体相互作用，机械性能接近聚合物受体（如PT-IY）。

III.3. 科学意义

首次通过柔性连接链设计打破效率-机械性能的权衡，为柔性OSCs商业化提供新思路。

IV 两篇研究的共同贡献

IV.1. 分子设计策略

    IV.1.1. 硒原子调控（精确控制分子平面性） vs. 柔性连接链（优化结晶与机械性能）。

IV.1.2. 性能里程碑

 二元OSCs效率均接近19%，同时解决稳定性或机械耐久性问题。

IV.1.3. 应用前景

 为可溶液加工、柔性光电器件提供可扩展的材料设计范式。

V 论文信息

标题1：Well-regulated structure-featuring giant-molecule acceptors enable long-term stability and high-performance binary organic solar cells

期刊：Energy Environ. Sci., 2024, DOI: 10.1039/D4EE03754E

标题2：Butterfly-effect of Flexible Linker in Giant-molecule Acceptor: Optimized Crystallization and Aggregation for Enhancing Mechanical Durability and Approaching 19% Efficiency in Binary Organic Solar Cells
期刊：Energy Environ. Sci.

VI 核心结论

IV.1.1：硒原子位置与数量影响分子平面性（GMA-SSeS最优）。

IV.1.2：GMAs的光学/堆叠特性与硒取代直接相关。

IV.1.3：GMA-SSeS器件效率与均一性最佳。

IV.1.5：GMA-SSeS器件稳定性显著优于其他GMAs。

三 苏州纳米所骆群/马昌期&北京航空航天大学孙艳明&郑州大学郭丰启最新AM—基于非卤溶剂的100 cm²全卷对卷凹版印刷柔性有机太阳能电池实现约90%的组件效率保持率

单片器件到大面积组件的效率保持率（CTM）是评估有机太阳能电池（OSCs）规模化潜力的关键指标。目前当组件面积超过100 cm²时，CTM值仍处于较低水平。
2025年3月17日，苏州纳米所骆群/马昌期&北京航空航天大学孙艳明&郑州大学郭丰启等于Advanced Materials刊发基于非卤溶剂的100 cm²全卷对卷凹版印刷柔性有机太阳能电池实现约90%的组件效率保持率的最新研究成果。该研究本揭示了溶剂在印刷过程中的双重作用：一方面通过墨水流变特性影响大面积成膜均匀性，另一方面通过挥发速率和结晶动力学调控相分离行为。实验证明，TMB溶剂因挥发速度慢、粘附力低导致垂直印刷方向出现纯相富集和印刷线缺陷；甲苯（Tol）体系则因表面粘附力过大沿印刷方向产生线缺陷。相比之下，非卤溶剂邻二甲苯（o-XY）能形成适宜的相分离尺寸和优异的大面积均匀性。基于此，全印刷制备的1 cm²柔性OSCs实现14.81%效率，28-104 cm²组件的效率均超过13%且CTM达0.9。

该工作表明，选择合适非卤溶剂以实现>100 cm²组件的均匀成膜与优化相分离形貌，对柔性OSCs产业化至关重要。





S. Yang, X. Chen, Y. Pan, J. Fang, Y. Han, Z. Wang, F. Qian, W. Qi, K. Shui, Q. Zhang, F. Guo, Y. Sun, C.-Q. Ma, Q. Luo, High Cell to Module Efficiency Remaining Ratio of ≈90% for the 100 cm2 Fully Roll-to-Roll Gravure Printed Flexible Organic Solar Cells From Non-Halogenated Solvent. Adv. Mater. 2025, 2500115. https://doi.org/10.1002/adma.202500115
基于非卤溶剂的100 cm²全卷对卷凹版印刷柔性有机太阳能电池实现约90%的组件效率保持率

苏州纳米所骆群/马昌期&北京航空航天大学孙艳明&郑州大学郭丰启最新AM—基于非卤溶剂的100 cm²全卷对卷凹版印刷柔性有机太阳能电池实现约90%的组件效率保持率

SE000524 High Cell to Module Efficiency Remaining Ratio of ≈90_ for the 100 cm2 Fully Roll‐to‐Roll Gravure Printed Flexible Organic Solar Cells From Non‐Halogenated Solvent - Yang - Advanced Materials - Wiley Online Library

1 背景与问题

    单片器件到大面积组件的效率保持率（CTM）是评估有机太阳能电池（OSCs）规模化潜力的关键指标。

    目前，当组件面积超过100 cm²时，CTM值仍处于较低水平。

2 研究突破

    2.1. 团队与期刊：苏州纳米所骆群/马昌期、北京航空航天大学孙艳明、郑州大学郭丰启等合作，于2025年3月17日在《Advanced Materials》发表最新成果。

    

2.2. 核心发现：基于非卤溶剂的全卷对卷凹版印刷柔性OSCs，实现100 cm²组件效率保持率约90%（CTM=0.9）。

2.2.1. 溶剂的关键作用

    2.2.1.1. 双重影响机制：

        2.2.1.1.1. 流变特性：影响大面积成膜均匀性。

        2.2.1.1.2. 挥发速率与结晶动力学：调控相分离行为。


    2.2.1.2. 不同溶剂对比：

        2.2.1.2.1. TMB溶剂：挥发慢、粘附力低，导致垂直印刷方向出现纯相富集和线缺陷。

        2.2.1.2.2. 甲苯（Tol）：表面粘附力过大，沿印刷方向产生线缺陷。

        2.2.1.2.3. 邻二甲苯（o-XY）（非卤溶剂）：形成适宜相分离尺寸和优异的大面积均匀性。

2.2.2. 成果

    2.2.2.1. 小面积器件：全印刷1 cm²柔性OSCs效率达14.81%。

    2.2.2.2. 大面积组件：28–104 cm²组件效率均超过13%，CTM达0.9。

2.2.2.3. 产业化意义
 通过选择合适的非卤溶剂（如o-XY），可同时实现>100 cm²组件的均匀成膜和优化相分离形貌，对柔性OSCs产业化至关重要。

3 论文信息

    作者：Shutao Yang等（通讯作者：骆群、马昌期、孙艳明、郭丰启）。

发表时间：2025年3月17日。
DOI：10.1002/adma.202500115。

4 关键创新点

4.1. 首次揭示溶剂在印刷过程中的双重作用机制（流变+相分离动力学）。

4.2. 提出非卤溶剂o-XY的优化方案，突破大面积组件效率保持率瓶颈。

4.3. 全印刷工艺兼容柔性制备，为OSCs产业化提供可行路径。

如涉及侵权，请联系删除