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山二醫(yī)鄭冰博士、北航霍利軍教授 Nano Energy綜述：有機(jī)光伏聚合物批次控制的研究進(jìn)展
2024-02-24  來源：高分子科技

  先進(jìn)的有機(jī)太陽能電池（OSCs）能量轉(zhuǎn)化效率（PCE）已經(jīng)超過19%，加快商用有機(jī)光伏設(shè)備發(fā)展。然而，大量研究表明，很多高效光伏聚合物的光伏性能可靠性受到限制，主要是由于批次間的可重復(fù)性較差，限制了OSCs的潛在應(yīng)用。為了系統(tǒng)了解各批次聚合物間效率變化的原因，尋求可行的批次控制方法，本文綜述了近幾年聚合物批次控制研究進(jìn)展，并總結(jié)了開發(fā)批次穩(wěn)定聚合物的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律和主要挑戰(zhàn)。


  隨著高效有機(jī)光伏聚合物的不斷開發(fā)，現(xiàn)在單節(jié)有機(jī)太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率（PCE）已經(jīng)超過19%，達(dá)到初步商業(yè)化水平。然而，很多高效光伏聚合物存在光伏性能批次差異問題，導(dǎo)致光伏器件效率重復(fù)性差，限制有機(jī)光伏的商業(yè)化發(fā)展。近幾年，研究工作者已經(jīng)注意到聚合物批次控制的重要性，開展了一系列提高聚合物批次穩(wěn)定性的研究，實(shí)現(xiàn)較好的應(yīng)用效果。


  基于此，山東第二醫(yī)科大學(xué)鄭冰博士和北京航空航天大學(xué)霍利軍教授對幾年有機(jī)光伏聚合物批次控制的研究進(jìn)行總結(jié)，歸納了多種制備因素對聚合物光伏性能的影響，總結(jié)了分子結(jié)構(gòu)與批次穩(wěn)定性之間的關(guān)系，并綜述了提高有機(jī)光伏器件效率重現(xiàn)性的方法（圖一），相關(guān)工作發(fā)表在Nano Energy期刊上。 


圖一 減少光伏聚合物批次變化的方法示意圖


  在文章中，作者首先介紹了聚合物的常見制備方法，從合成角度分析聚合物產(chǎn)生批次差異的原因，主要包括：①不同批次聚合物的分子量（numberaverage molecular weight, Mn）和分散度（polydispersity，PDI）差異較大；②聚合物存在不同含量的分子結(jié)構(gòu)缺陷，如均偶聯(lián)缺陷（homocoupling defect）、β缺陷（β-defect）等；③聚合物以絡(luò)合和摻雜的形式包覆殘留含量不定的金屬雜質(zhì)。針對這些造成聚合物性能批次差異的因素，作者將相應(yīng)的解決方法進(jìn)行綜述。同時(shí)，作者總結(jié)了光伏聚合物宏量制備的潛在方法，并將實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)生產(chǎn)對聚合物批次控制的方法進(jìn)行對比討論（圖二）。最后，針對光伏聚合物批次穩(wěn)定性的調(diào)控方法進(jìn)行了展望。這篇綜述詳細(xì)地介紹了近幾年研究人員從聚合物結(jié)構(gòu)、聚合方法探索、器件工藝優(yōu)化等多方面提高有機(jī)光伏重復(fù)性的方法，有助于讀者系統(tǒng)了解批次差異產(chǎn)生的原因和解決問題的措施，為以后制備高性能、批次穩(wěn)定的光伏聚合物提供指導(dǎo)作用。 


圖二 批次穩(wěn)定聚合物工業(yè)擴(kuò)展示意圖


  論文第一作者為山東第二醫(yī)科大學(xué)和永瑞博士，通訊作者為山東第二醫(yī)科大學(xué)鄭冰博士和北京航空航天大學(xué)霍利軍教授。

原文鏈接：

Yongrui He, Lijun Huo* and Bing Zheng*. Advances of batch-variation control for photovoltaic polymers. Nano Energy 2024. 109397.DOI: 10.1016/j.nanoen.2024.109397. 

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.109397


通訊作者簡介： 


  鄭冰，博士畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院，現(xiàn)為山東第二醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院講師。主要從事有機(jī)光伏材料、熒光傳感材料的開發(fā)和應(yīng)用研究。近年來，在Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., Sci. China. Chem.等期刊發(fā)表多篇研究性論文。


  霍利軍，北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。主要從事高分子合成化學(xué)、有機(jī)半導(dǎo)體材料及在光電器件的應(yīng)用研究。近年來，在J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Mater.，Macromolecules，等雜志發(fā)表研究性論文120余篇，并被SCI期刊引用超過15000余次，H-index為57。近5年以第一發(fā)明人申請中國專利7件，授權(quán)5件。

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（責(zé)任編輯：xu）
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