西北工业大学刘剑刚教授团队 CEJ 综述：有机光伏电池活性层分子取向调控策略

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有机光伏电池（OPV）能够将光能转换为电能，其具有低成本、半透明、可大面积溶液加工等特性，在便携式供电装置、光伏-建筑一体化等领域应用潜力巨大，是可再生能源的重要组成部分，也是助力我国实现“双碳目标”的重要途径。在器件工程与工艺、半导体材料开发及活性层形貌优化的驱动下，OPV的能量转换效率（PCE）已经突破19%。

OPV的光电转换过程包括光子吸收、激子扩散、电荷转移态分离、载流子传输与收集。其中，活性层形貌与上述过程密切相关，尤其是分子取向，几乎影响光电转换的全部过程。然而，由于给体与受体分子本征性质及活性层淬火深度的差异，导致分子取向可控性通常较差。针对上述问题，刘剑刚教授团队结合国内外研究发展现状，讨论了分子取向与OPV光物理过程间的关联，并总结了不同共混体系分子取向的调控策略，如图一所示。该综述首先介绍了共轭分子分子取向的定义，并总结了分子取向对OPV光物理过程的影响，包括激子扩散、能级结构、能量损失与载流子传输等。进一步，重点介绍了通过化学合成及物理方法调控分子取向的相关策略。其中，合成策略主要包括降低共轭聚合物规整度或增加分子量、调节共轭分子主链形状或侧链空间位阻等；物理手段主要包括调节成膜动力学、调节分子间相互作用及界面工程等。最后，总结了分子取向的研究进展并讨论了未来研究的可能重点方向。

图一 有机光伏电池活性层分子取向调控策略

该综述以“Regulation of molecular orientation in organic solar cells”为题发表于国际期刊Chemical Engineering Journal（2024, 488, 150783）。西北工业大学梁秋菊副教授为论文的第一作者，刘剑刚教授及贺泽民副教授为通讯作者。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150783

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