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

  先進的有機太陽能電池OSCs)能量轉化效率(PCE已經超19%加快商用有機光伏設備發展。然而,大量研究表明,很多高效光伏聚合物光伏性能可靠性受到限制,主要是由于批次間的可重復性較差,限制了OSCs的潛在應用。為了系統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展,并總結了開發批次穩定聚合物的經驗規律和主要挑戰。


  隨著高效有機光伏聚合物的不斷開發,現在單節有機太陽能電池的能量轉化效率(PCE)已經超過19%,達到初步商業化水平。然而,很多高效光伏聚合物存在光伏性能批次差異問題,導致光伏器件效率重復性差,限制有機光伏的商業化發展。近幾年,研究工作者已經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定性的研究,實現較好的應用效果。


  基于此,山東第二醫科大學鄭冰博士和北京航空航天大學霍利軍教授對幾年有機光伏聚合物批次控制的研究進行總結,歸納了多種制備因素對聚合物光伏性能的影響,總結了分子結構與批次穩定性之間的關系,并綜述了提高有機光伏器件效率重現性的方法(圖一),相關工作發表在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生批次差異的原因,主要包括:不同批次聚合物的分子量(numberaverage molecular weight, Mn)和分散度(polydispersityPDI)差異較大;聚合物存在不同含量的分子結構缺陷,如均偶聯缺陷(homocoupling defect)、β缺陷(β-defect)等;聚合物以絡合和摻雜的形式包覆殘留含量不定的金屬雜質。針對這些造成聚合物性能批次差異的因素,作者將相應的解決方法進行綜述。同時,作者總結了光伏聚合物宏量制備的潛在方法,并將實驗室和工業生產對聚合物批次控制的方法進行對比討論(圖二)最后,針對光伏聚合物批次穩定性的調控方法進行了展望。這篇綜述詳細地介紹了近幾年研究人員從聚合物結構、聚合方法探索、器件工藝優化等多方面提高有機光伏重復性的方法,有助于讀者系統了解批次差異產生的原因和解決問題的措施,為以后制備高性能、批次穩定的光伏聚合物提供指導作用。 


圖二 批次穩定聚合物工業擴展示意圖


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


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,博士畢業于北京航空航天大學化學學院,現為山東第二醫科大學藥學院講師。主要從事有機光伏材料、熒光傳感材料的開發和應用研究。近年來,在Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater.Adv. Sci., Sci. China. Chem.等期刊發表多篇研究性論文。


  霍利軍,北京航空航天大學化學學院教授,博士生導師。主要從事高分子合成化學、有機半導體材料及在光電器件的應用研究。近年來,在J. Am. Chem. Soc.Angew. Chem. Int. Ed.Adv. Mater.Macromolecules,等雜志發表研究性論文120余篇,并被SCI期刊引用超過15000次,H-index57。近5年以第一發明人申請中國專利7件,授權5件。

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(責任編輯:xu)
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