山二医郑冰博士、北航霍利军教授 Nano Energy综述：有机光伏聚合物批次控制的研究进展

2024-02-24 来源：高分子科技

先进的有机太阳能电池（OSCs）能量转化效率（PCE）已经超过19%，加快商用有机光伏设备发展。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，主要是由于批次间的可重复性较差，限制了OSCs的潜在应用。为了系统了解各批次聚合物间效率变化的原因，寻求可行的批次控制方法，本文综述了近几年聚合物批次控制研究进展，并总结了开发批次稳定聚合物的经验规律和主要挑战。

随着高效有机光伏聚合物的不断开发，现在单节有机太阳能电池的能量转化效率（PCE）已经超过19%，达到初步商业化水平。然而，很多高效光伏聚合物存在光伏性能批次差异问题，导致光伏器件效率重复性差，限制有机光伏的商业化发展。近几年，研究工作者已经注意到聚合物批次控制的重要性，开展了一系列提高聚合物批次稳定性的研究，实现较好的应用效果。

基于此，山东第二医科大学郑冰博士和北京航空航天大学霍利军教授对几年有机光伏聚合物批次控制的研究进行总结，归纳了多种制备因素对聚合物光伏性能的影响，总结了分子结构与批次稳定性之间的关系，并综述了提高有机光伏器件效率重现性的方法（图一），相关工作发表在Nano Energy期刊上。

图一减少光伏聚合物批次变化的方法示意图

在文章中，作者首先介绍了聚合物的常见制备方法，从合成角度分析聚合物产生批次差异的原因，主要包括：①不同批次聚合物的分子量（numberaverage molecular weight, M_n）和分散度（polydispersity，PDI）差异较大；②聚合物存在不同含量的分子结构缺陷，如均偶联缺陷（homocoupling defect）、β缺陷（β-defect）等；③聚合物以络合和掺杂的形式包覆残留含量不定的金属杂质。针对这些造成聚合物性能批次差异的因素，作者将相应的解决方法进行综述。同时，作者总结了光伏聚合物宏量制备的潜在方法，并将实验室和工业生产对聚合物批次控制的方法进行对比讨论（图二）。最后，针对光伏聚合物批次稳定性的调控方法进行了展望。这篇综述详细地介绍了近几年研究人员从聚合物结构、聚合方法探索、器件工艺优化等多方面提高有机光伏重复性的方法，有助于读者系统了解批次差异产生的原因和解决问题的措施，为以后制备高性能、批次稳定的光伏聚合物提供指导作用。

图二批次稳定聚合物工业扩展示意图

论文第一作者为山东第二医科大学和永瑞博士，通讯作者为山东第二医科大学郑冰博士和北京航空航天大学霍利军教授。

原文链接：

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

通讯作者简介：

郑冰，博士毕业于北京航空航天大学化学学院，现为山东第二医科大学药学院讲师。主要从事有机光伏材料、荧光传感材料的开发和应用研究。近年来，在Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., Sci. China. Chem.等期刊发表多篇研究性论文。

霍利军，北京航空航天大学化学学院教授，博士生导师。主要从事高分子合成化学、有机半导体材料及在光电器件的应用研究。近年来，在J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Mater.，Macromolecules，等杂志发表研究性论文120余篇，并被SCI期刊引用超过15000余次，H-index为57。近5年以第一发明人申请中国专利7件，授权5件。

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（责任编辑：xu）

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