卷对卷自掩膜保护的AgNWs网络/银指用于大面积单片柔性有机太阳能电池

可卷起的太阳能

想象一下像塑料薄片一样薄且可弯曲的太阳能面板，可以包裹在背包、帐篷或衣物上。柔性有机太阳能电池正是这样的承诺，但工程师在将其放大时性能通常会下降。这项研究展示了一种通过重设计器件内部传输电力的金属网络来制造大尺寸柔性太阳能电池并保持高效率的方法。

为何难以制造更大的柔性面板

柔性有机太阳能电池使用透明导电薄膜来收集阳光产生的电流。一种常见选择是银纳米线网，这种网既透明又可弯曲，但当器件变宽时导电性不足。随着面板宽度的增加，电流必须在这层薄膜中行进更远，能量以热的形式浪费掉，从而降低输出功率。以往的解决方案通常依赖复杂的激光刻蚀或厚金属线，这些方法可能会损伤脆弱的有机层，限制了大面积单片柔性面板的性能。

添加隐藏的银“高速公路”

在这项工作中，研究者设计了一种新的透明电极，将两种银结合：用于透明性和柔性的细纳米线网络，以及作为电流隐形高速公路的窄金属网格指线。两者均采用卷对卷印刷制备，这种工艺类似报纸印刷，适合大规模生产。通过精心选择网格线的宽度和间距，他们将电极的有效电阻从约15欧/平方降低到1至2欧/平方，这一水平通常只在刚性硅面板中看到。一个数值模型指导了该设计，在金属遮挡光线量与节省的电能损失之间寻找平衡。

保护脆弱的活性层

简单地添加厚银线通常会引发短路，因为金属远高于沉积在其上的薄有机层。为避免这种情况，团队引入了一种自掩膜光刻胶层，有选择地覆盖网格。他们在整个表面涂覆一种光敏绝缘材料，然后从塑料侧照射紫外光。凸起的银网格在恰当的位置散射并阻挡光线，因此显影后，光刻胶主要残留在网格线上，形成大约1到2微米厚的平滑保护帽。这种保护防止金属刺入活性层，同时保留大部分纳米线区域以实现良好的电气接触。

用模型分析损失以指导设计

研究者分析了大面积电池中功率损失的来源：透明薄膜、金属指线以及网格遮挡的光。对于没有网格的电极，他们表明功率损失会随着薄膜电阻和器件宽度快速增加，使得宽幅柔性电池不切实际。模型显示，如果能将有效电阻降到约1到2欧/平方，约5厘米宽的面板仍可在可接受损失范围内工作。然后他们用该模型找到一种最优网格几何：约100到110微米宽、间距为几毫米的线在将总体损失降到最低的同时保留了足够平滑的表面以便均匀涂覆。

高效率、耐久性与良率

采用这种复合电极和自掩膜保护，团队制造了活性面积为4平方厘米和16平方厘米的柔性有机太阳能电池。较小的电池达到了15.20%的光电转换效率，较大的电池仍实现了14.24%，显示出随尺寸增大几乎没有效率下降。没有银网格的类似大尺寸电池会损失更多的电流和电压。绝缘网格也大幅提高了可靠性：器件几乎没有电泄漏，在长时间储存后仍保持大部分效率，并能在数千次弯曲循环后保持微小的性能变化。该工艺实现了近乎100%的成品率，这是实际量产的关键要求。

这对未来柔性太阳能面板意味着什么

对非专业读者来说，关键信息是作者找到了一种实用方法，可以在不牺牲效率的情况下将可弯曲太阳能电池放大。通过印刷隐藏的银“高速公路”并用智能保护涂层覆盖，他们将原本薄弱且电阻较高的薄膜转变为坚固、低损耗的电力收集层。这一方法有望帮助未来的柔性面板为可穿戴电子设备、轻便便携的遮蔽设施以及其他大面积表面供电，同时保持薄、轻且可卷曲的特性。

引用: Han, Y., Chen, Z., Fang, L. et al. Roll-to-Roll AgNWs Networks/Ag Finger by Self-Masking Protection for Large-Area Monolithic Flexible Organic Solar Cells. Nat Commun 17, 4444 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70740-5

关键词: 柔性有机太阳能电池, 银纳米线电极, 卷对卷印刷, 金属网格电极, 大面积光伏