文章重要内容

       南开大学万相见团队系统综述了柔性透明电极基底在有机光伏领域的最新研究进展，重点分析了各类基底材料(包括柔性玻璃、PET、PEN、PDMS、TPU、PI、PVA及生物质基底等)对柔性有机太阳能电池(FOSCs)光电性能与机械稳定性的影响，指出了当前柔性基底在透光性、耐热性、耐溶剂性、机械柔性和阻隔性等方面的性能瓶颈与发展方向，为高性能、可持续柔性光电器件的设计与应用提供了重要参考。

文章背景

       柔性有机太阳能电池(FOSCs)因其轻质、可弯曲、可印刷及低成本等优势，在可穿戴电子、智能建筑、便携供电设备等领域展现出巨大应用潜力。然而，与刚性器件相比，FOSCs的光电转换效率(PCE)仍存在明显差距，其性能很大程度上受限于柔性基底的各项物理化学属性。理想的柔性基底需同时具备高透光率、低表面粗糙度、优异的机械柔性、良好的耐溶剂与耐高温性能、低热膨胀系数及优异的水氧阻隔性能。因此，开发综合性能优异的柔性基底，成为推动FOSCs实际应用的关键。

文章概述

      本文首先综述了多种柔性基底材料的研究现状与发展趋势。柔性玻璃(如柳叶玻璃)虽透光率高(＞90%)、耐化学性好，但刚度大抗弯折能力差；石油基聚合物如PET、PEN作为目前应用广泛的柔性基底，具有工艺成熟、柔韧性好、耐溶剂的特性，但耐热性较差(PET的T_g仅为78~120 ℃)；PDMS和TPU具备高拉伸性，尤其适用于可拉伸电子器件，但PDMS的抗剪切力、耐温性差，TPU的透光率低依然是较大的问题；PI耐高温、机械性能优异，但PI基底弹性差、透光率低且易溶于极性溶剂；PVA透光性好、可水加工，但耐水、耐热性差；而生物质基底(如生物蛋白、纤维素等)具有绿色可降解、生物相容性高等优势，可以作为未来环保柔性器件的重要方向，但目前面临的问题较多，比如透光率差、表面粗糙度高和耐溶剂性差等问题。

图1柔性有机太阳能电池的典型器件结构示意图

此外，通过优化电极结构与界面工程，各类基底上的FOSCs性能不断提升，目前已经实现了超过19%的PCE。同时，柔性基底性能的提升，也使得FOSCs的各种独特性质，比如超轻、超柔以及可拉伸性能都得到更进一步的发展。基于TPU柔性基底的可拉伸器件目前已经实现了大于16%的PCE与大于95%的极限应变，可拉伸的性质也使得FOSCs更有利于用于各种非规则表面。超柔超薄的基底，比如PI、PVA等，使得FOSCs的重量大幅降低，厚度仅为3 μm的超柔器件表现出高达15.8%的PCE和33.8 W g^-1的单位重量功率比。

图2 (a) 可拉伸有机太阳能电池的J-V特性曲线及其所受拉伸应变的归一化功率转换效率；(b) 可拉伸透明电极的示意图及其在可拉伸应变传感器与FOSCs中的应用；(c) 可拉伸有机太阳能电池在20%应变下的PCE变化及在蒲公英顶部展示的可拉伸FOSCs器件。

 文章进一步梳理了生物质材料柔性基底的研究现状：以生物蛋白、纤维素及其衍生物为代表的这类基底，凭借来源广泛、绿色环保及经济实惠的特点，已获得一定关注。研究者也通过交联、改性等方式，优化了生物质材料柔性基底的耐溶剂性，降低了表面粗糙度，提升了基底的机械强度。目前基于乙基纤维素基底的柔性器件也能获得18.71%的PCE，证明了生物质材料未来也能成为广泛使用的柔性基底。

图3 (a) 基于CV和PEN基底的FOSCs器件结构及J-V曲线；(b) 基于EC/PI柔性基底的FOSCs及其器件的J-V曲线；(c) 基于EC@ETPTA的超柔性有机太阳能电池。

 尽管目前尚无一种‘全能型’柔性基底，但通过材料复合、结构设计与表面工程等手段，柔性基底正朝高透光性、耐高温性、超柔薄化、绿色可降解性及智能化等方向不断发展。未来，随着新材料开发、工艺优化与集成应用推进，柔性基底将助力FOSCs在能源、电子、医疗等多领域实现更广泛的应用。

 本文即将以综述形式在《高分子学报》2025年第11期印刷出版，通信联系人为南开大学万相见教授。

引用本文：

柔性透明电极基底及其在有机光伏中的应用进展肖政, 李龙钰, 万相见 .高分子学报, 2025, 56(11), 1890-1909Flexible transparent electrode substrates and their application progress in organic photovoltaics.Xiao, Z.; Li, L. Y.; Wan, X. J.Acta Polymerica Sinica, 2025, 56(11), 1890-1909