張杰，張?jiān)?，張慧卿，張?/p>

（1北京化工大學(xué)圖書(shū)館，北京100029；2北京化工大學(xué)軟物質(zhì)科學(xué)與工程高精尖創(chuàng)新中心，北京100029）

引 言

光電功能材料是信息高新技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，光電功能高分子材料兼具導(dǎo)電高分子和發(fā)光高分子的特征，不僅具有金屬或半導(dǎo)體的電子特性，而且要比金屬或晶體半導(dǎo)體容易加工得多，為廉價(jià)加工電子器件帶來(lái)了希望[1]。更重要的是可溶液加工的光電功能高分子材料可以作為電子“墨水”，與傳統(tǒng)印刷技術(shù)(噴墨打印、膠印等)相結(jié)合將使電子器件的制造發(fā)生革命，還可以實(shí)現(xiàn)一些需要特殊力學(xué)性質(zhì)的應(yīng)用(例如柔性器件)[2]。由于這些特殊的優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界及產(chǎn)業(yè)界都在加大對(duì)這一領(lǐng)域的投入，使有機(jī)電子學(xué)得到了快速發(fā)展。目前，基于高分子材料“電-光轉(zhuǎn)換”特性、繼液晶之后的新一代有機(jī)發(fā)光二極管(OLEDs)顯示技術(shù)已成功實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，走進(jìn)人們生活。而基于聚合物半導(dǎo)體材料“光-電轉(zhuǎn)換”特性的聚合物太陽(yáng)電池(OPVs)也成為了國(guó)際上研究的熱點(diǎn)，已成為高分子科學(xué)與信息科學(xué)領(lǐng)域交叉的國(guó)際科學(xué)前沿和重大研究方向[3]。對(duì)該領(lǐng)域研究前沿和熱點(diǎn)的探究分析，將有助于科研工作者、決策者對(duì)研究領(lǐng)域內(nèi)的處于領(lǐng)先位置的成果和思想的了解和把握，清晰地了解本領(lǐng)域研究的發(fā)展態(tài)勢(shì)，從而科學(xué)地開(kāi)展工作和精準(zhǔn)施策。

本文將基本科學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)(Essential Science Indicators,ESI)與Citespace兩種文獻(xiàn)分析工具相結(jié)合，獲取有機(jī)光電高分子材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)及前沿，探究了該領(lǐng)域受關(guān)注及深入探討分析的研究主題，最新研究成果，及創(chuàng)新成果的演變進(jìn)程。

1 文獻(xiàn)來(lái)源和研究方法

1.1 文獻(xiàn)來(lái)源

本文涉及的數(shù)據(jù)來(lái)自Web of Science核心合集的SCIE，檢索時(shí)間為2020-04-02，時(shí)間范圍2001—2019年，通過(guò)如下檢索式得到有機(jī)光電高分子材料領(lǐng)域的高被引論文1140篇，熱點(diǎn)論文38篇。

檢索式：主題:polymer*not“polymeric substrate$”or“conjugated polymer$”AND主 題:

“organic field effect transistor$”or“solar cell$”or“donor accept*polymer$”or“donor polymer$”or“accept*polymer$”or“bulk heterojunction”or“thin film transistor$”or“carrier$mobility”or“charge$Mobility”or“polymer solar cell$”or“Low energy band gap”or“fullerene acceptor”or“non-fullerene acceptor”or“charge transport layer$”or“bulk heterojunction solar cell$”or“ternary organic solar cell$”or“all-polymer solar cell$”or“organic tandem solar cell$”or“organic electronic material$”or“organic photovoltage$”or“organic transistor$”or“polymer photovoltaic cell$”or“heterojunction solarcell$”or“organic photovoltaic cell$”or“photovoltaic application$”or“photovoltaic performance$”

1.2 研究方法

從文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的角度，在某學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)被引頻次高的研究型文獻(xiàn)通常是該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)的集中體現(xiàn)。通過(guò)高被引論文和熱點(diǎn)論文分析可以快速定位高影響力成果。ESI是基于Web of Scinece數(shù)據(jù)的衡量科學(xué)研究績(jī)效、跟蹤科學(xué)發(fā)展趨勢(shì)的重要分析評(píng)價(jià)工具。來(lái)自ESI的高被引論文(highly cited paper)，是指過(guò)去10年中所發(fā)表的論文，其總被引次數(shù)排在同學(xué)科發(fā)表的論文中進(jìn)入全球前1%。從文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的角度看，其數(shù)量特征可以從宏觀上反映學(xué)科發(fā)展水平；其內(nèi)容特征可以體現(xiàn)學(xué)科的研究熱點(diǎn)與前沿，指引學(xué)科發(fā)展方向[4]。

科學(xué)文獻(xiàn)分析工具CiteSpace，通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行共被引、聚類(lèi)、時(shí)區(qū)演進(jìn)等分析，構(gòu)建文獻(xiàn)共被引、關(guān)鍵詞共現(xiàn)以及突變?cè)~網(wǎng)絡(luò)、時(shí)區(qū)可視化知識(shí)圖譜；并用其突變?cè)~探測(cè)技術(shù)和算法對(duì)詞頻的變動(dòng)趨勢(shì)進(jìn)行分析，展現(xiàn)學(xué)科研究領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò)、研究熱點(diǎn)和前沿以及發(fā)展態(tài)勢(shì)。

本文通過(guò)對(duì)有機(jī)光電高分子材料領(lǐng)域的ESI高被引論文和熱點(diǎn)論文，及CiteSpace文獻(xiàn)分析工具挖掘出的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞文獻(xiàn)進(jìn)行分析，綜合兩種分析方法來(lái)探究該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)、前沿及發(fā)展進(jìn)程。

2 研究熱點(diǎn)探究

2.1 獲取相關(guān)研究熱點(diǎn)文獻(xiàn)及分析

2.1.1 基于基本科學(xué)指標(biāo)評(píng)價(jià)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)（ESI）的熱點(diǎn)文獻(xiàn)分析

ESI熱點(diǎn)論文定義為過(guò)去2年中所發(fā)表的論文中，其近2個(gè)月被引頻次排在學(xué)科前0.1%的論文。在Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)檢索式檢索得到有機(jī)光電高分子材料領(lǐng)域熱點(diǎn)論文38篇，涉及如下研究?jī)?nèi)容。

(1)高性能活性層材料的設(shè)計(jì)合成[5-31]

設(shè)計(jì)合成性能優(yōu)良的稠環(huán)電子受體材料新體系，特別是強(qiáng)可見(jiàn)/近紅外光吸收、高電子遷移率、高激子擴(kuò)散系數(shù)的受體材料。發(fā)展二維結(jié)構(gòu)的聚合物給體材料，共軛主鏈和共軛側(cè)鏈協(xié)同優(yōu)化改善材料性能。通過(guò)稠環(huán)電子受體和二維聚合物給體的協(xié)同優(yōu)化和匹配實(shí)現(xiàn)高性能的非富勒烯聚合物太陽(yáng)電池。

(2)對(duì)材料結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系的研究[32-33]

優(yōu)化活性層共混物的形貌；通過(guò)調(diào)控異構(gòu)體的細(xì)微變化來(lái)影響它們的電子、光學(xué)、電荷傳輸和形態(tài)特性。

(3)有機(jī)太陽(yáng)能電池活性層能量損失研究

結(jié)合光譜和量子化學(xué)的方法來(lái)確定降低電壓損耗的主要因素：①給體和受體之間較小的能級(jí)差，②窄帶隙組分具有高光致發(fā)光效率[34]。

(4)串聯(lián)結(jié)構(gòu)的有機(jī)太陽(yáng)能電池

使用疊層有機(jī)光伏器件結(jié)構(gòu)策略來(lái)克服有機(jī)材料的電荷遷移率低，導(dǎo)致活性層厚度和有效的光吸收受到限制問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了兩端單片溶液處理的串聯(lián)式有機(jī)光伏電池(OPV)，并利用有機(jī)材料的高多樣性和易調(diào)節(jié)的能帶結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了17.29%的功率轉(zhuǎn)換效率[35]。

(5)由聚合物給體和聚合物受體組成的全聚合物太陽(yáng)能電池[36-37]。

(6)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池[38-39]

鈣鈦礦聚合物整體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，發(fā)光層包括準(zhǔn)二維和三維(2D/3D)鈣鈦礦和絕緣聚合物，其外量子效率高達(dá)20.1%；無(wú)需MA(methylammonium)的高效、穩(wěn)定鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。

(7)其他[40-42]

一種固有可拉伸的聚合物晶體管陣列；有機(jī)電化學(xué)晶體管；有機(jī)半導(dǎo)體晶體。

2.1.2 基于Citespace可視化分析工具獲取熱點(diǎn)關(guān)鍵詞對(duì)應(yīng)的文獻(xiàn)分析

2.1.2.1熱點(diǎn)關(guān)鍵詞的確定。

研究熱點(diǎn)是某一時(shí)期內(nèi)，有內(nèi)在聯(lián)系的、數(shù)量相對(duì)較多的一組文獻(xiàn)共同探討的科學(xué)問(wèn)題或?qū)ｎ}。關(guān)鍵詞是一篇文章的核心和精髓所在，是對(duì)文章主題的高度概括和精煉。對(duì)文章的關(guān)鍵詞進(jìn)行分析，頻次較高的關(guān)鍵詞在一定程度上可以看作是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

本文把關(guān)鍵詞作為考察對(duì)象，通過(guò)顯示高頻關(guān)鍵詞來(lái)確定全球有機(jī)光電高分子材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)高中心度的詞匯架構(gòu)起關(guān)鍵詞之間的橋梁，考察研究熱點(diǎn)的轉(zhuǎn)化，從而可視化地展現(xiàn)該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)的動(dòng)態(tài)變化。高頻次關(guān)鍵詞和高中心度關(guān)鍵詞均屬于技術(shù)熱點(diǎn)關(guān)鍵詞。

通過(guò)CiteSpace軟件對(duì)1140條ESI高被引文獻(xiàn)數(shù)據(jù)(2009—2019年)進(jìn)行關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析，設(shè)定顯示共現(xiàn)頻次大于50的關(guān)鍵詞名稱(chēng)，綜合考慮共現(xiàn)頻次和中心度，提取18個(gè)熱點(diǎn)關(guān)鍵詞(表1)，這些熱點(diǎn)關(guān)鍵詞構(gòu)成了有機(jī)光電高分子材料研究熱點(diǎn)的基本框架，即通過(guò)對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池的給體、受體等材料的設(shè)計(jì)與合成，給體受體的匹配、共混形態(tài)控制、電荷傳遞等研究，獲得高效太陽(yáng)能電池。

表1 有機(jī)光電高分子材料高被引論文熱點(diǎn)關(guān)鍵詞Table 1 Hot keywords from highly cited papers in organic photoelectric polymer materials

2.1.2.2熱點(diǎn)關(guān)鍵詞對(duì)應(yīng)的文獻(xiàn)選取與分析。

對(duì)應(yīng)熱點(diǎn)關(guān)鍵詞，選取2016—2019年被引用頻次高的Article文獻(xiàn)90篇，通過(guò)分析歸納出如下有機(jī)光電高分子材料受關(guān)注的研究主題。其中有機(jī)太陽(yáng)能電池研究是主要的關(guān)注點(diǎn)，相關(guān)文獻(xiàn)(69篇)占比近76.7%。

(1)有機(jī)太陽(yáng)能電池。

①給體、受體材料的設(shè)計(jì)合成：設(shè)計(jì)合成具有寬而強(qiáng)的可見(jiàn)光吸收、溶解度良好、高遷移率，與給體具有良好的相容性、平衡的載流子遷移率、能級(jí)匹配的受體材料[9,13,18,22,24-26,30,43-59]；設(shè)計(jì)合成高性能聚合物給體材料[14,60-67]：二維共軛聚合物，低能級(jí)的氯代聚合物給體，寬帶隙共聚物等。給體材料和受體材料的協(xié)同匹配提高電池轉(zhuǎn)換效率[11-12,17,68]，通過(guò)引入功能性的第三組分，構(gòu)建三元有機(jī)太陽(yáng)能電池[69-71]；全聚合物太陽(yáng)能電池[72]等。這部分內(nèi)容占據(jù)當(dāng)前有機(jī)太陽(yáng)能電池研究的主導(dǎo)地位，69篇文獻(xiàn)中，60.9%的文獻(xiàn)報(bào)道了相關(guān)內(nèi)容。

Zhao等[43]設(shè)計(jì)合成了一種新型非富勒烯有機(jī)太陽(yáng)能電池的聚合物給體(PBDB-T-SF)和小分子受體(IT-4F)，研究論氟取代對(duì)給體和受體的吸收光譜、分子能級(jí)及電荷轉(zhuǎn)移的影響，并且實(shí)現(xiàn)了超過(guò)13%的光電轉(zhuǎn)換效率。Zou等[13]報(bào)道了一種新型的非富勒烯受體Y6，采用了一個(gè)以缺電子核為基礎(chǔ)的梯形中心稠合環(huán)(二硫代噻吩[3.2-b]-吡咯苯并噻唑)和一個(gè)苯并噻唑(BT)核來(lái)調(diào)節(jié)其吸收和電子親和勢(shì)?；赮6制成的有機(jī)光伏器件的效率為15.7%。其中反向器件結(jié)構(gòu)在恩力技術(shù)實(shí)驗(yàn)室得到認(rèn)證，認(rèn)證的效率為14.9%。Holliday等[46]提出了一種新的非富勒烯受體(IDTBR)，和可以與其形成良好匹配的寬帶隙給體聚(3-己基噻吩)組成活性層材料，實(shí)現(xiàn)了6.4%的光電轉(zhuǎn)換效率。

Bin等[60]開(kāi)發(fā)了一種三烷基硅基取代的二維共軛聚合物，將該聚合物與非富勒烯受體結(jié)合得到了11.41%的轉(zhuǎn)換效率；Zhang等[26]通過(guò)合成兩個(gè)聚合物給體，PBDB‐T‐2F和PBDB‐T‐2Cl，并對(duì)其進(jìn)行了細(xì)致的研究對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者具有相似的光電特性，進(jìn)而說(shuō)明了氯取代高性能聚合物給體的可行性。這兩種聚合物具有非常相似的光電和形貌特性，只不過(guò)氯化聚合物的分子能級(jí)低于氟化聚合物。Fan等[68]研究了氟化對(duì)高效非富勒烯聚合物太陽(yáng)能電池的給體材料和受體材料的協(xié)同效應(yīng)，以提高太陽(yáng)能電池的高轉(zhuǎn)換效率。展望了將來(lái)用于大規(guī)模rollto-roll前景。

Zhang等[70]進(jìn)行了以ITCPTC為受體，以PBDBT為給體的三元非富勒烯聚合物太陽(yáng)能電池的研究。Gao等[72]報(bào)道了基于吸收互補(bǔ)的聚合物給體和受體的全聚合物太陽(yáng)能電池，取得了8.27%的轉(zhuǎn)換效率。

②結(jié)構(gòu)/能級(jí)/界面調(diào)控、穩(wěn)定性的改善、形貌表征技術(shù)和方法。通過(guò)化學(xué)修飾來(lái)調(diào)控小分子電子受體的能級(jí)[73]；結(jié)晶性微調(diào)和溶劑退火對(duì)全聚合物太陽(yáng)能電池的協(xié)同作用[74]；通過(guò)甲基取代精細(xì)調(diào)整分子堆積和能級(jí)[75]；給體的雙重敏化劑和加工助劑特性[76]；有機(jī)太陽(yáng)能電池中相互作用參數(shù)、混溶性與功能之間的定量關(guān)系[77]；精確的側(cè)鏈優(yōu)化纖維網(wǎng)絡(luò)形貌[78]；沿稠合環(huán)電子受體骨架排列的隱藏結(jié)構(gòu)增強(qiáng) 三 元 體 異 質(zhì) 結(jié)[79]；氟 化 作 用 對(duì)indacenodithienothiophene(IDTT)分子堆積、電荷分布以及太陽(yáng)能電池光電響應(yīng)的影響[80]；利用非共價(jià)鍵構(gòu)象鎖作為聚合物太陽(yáng)能電池中高性能稠環(huán)電子受體的設(shè)計(jì)策略[81]；采用有利的分子取向的高效倒置聚合物太陽(yáng)能電池[82]；通過(guò)空穴傳輸層(HTL)修飾提高填充因子[83]；基于側(cè)鏈的吡咯并吡咯二酮基聚合物半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系[84]；氟原子對(duì)naphthobisthiadiazole基半導(dǎo)體聚合物的電子性質(zhì)、有序結(jié)構(gòu)和光電性能的影響，導(dǎo)致了太陽(yáng)能電池中更高的開(kāi)路電壓[85]。導(dǎo)電聚合物中混合的離子/電子輸送的結(jié)構(gòu)控制[86]；研究導(dǎo)電聚合物的電荷-輸運(yùn)模型[87]；在非共軛聚合物中間層中結(jié)合富勒烯和兩性離子提高太陽(yáng)能電池效率[88]等。

③低能量損耗的研究。改進(jìn)的電荷傳輸和減少非輻射能量損失，使三元聚合物太陽(yáng)能電池的效率超過(guò)16%[8]；在非富勒烯有機(jī)太陽(yáng)能電池中具有較小驅(qū)動(dòng)力的快速電荷分離的研究[89]；提高電荷轉(zhuǎn)移的驅(qū)動(dòng)力的方法,同時(shí)實(shí)現(xiàn)很小的能量損失,高開(kāi)路電壓和高效率的非富勒烯有機(jī)太陽(yáng)能電池[90]；非富勒烯受體的強(qiáng)的分子內(nèi)電子推拉效應(yīng)，減少振動(dòng)弛豫，減少能量損失[91]；基于C8‐ITIC的超小能量損失的高效單結(jié)太陽(yáng)能電池[92]。

④串聯(lián)結(jié)構(gòu)的有機(jī)太陽(yáng)能電池。高性能的可溶液加工的串聯(lián)太陽(yáng)能電池[93]；通過(guò)微調(diào)光活性和互聯(lián)層，提高非富勒烯串聯(lián)有機(jī)太陽(yáng)能電池效率，實(shí)現(xiàn)超過(guò)13%的效率[94]；使用串聯(lián)電池策略來(lái)克服有機(jī)材料的電荷遷移率低，導(dǎo)致活性層厚度和有效的光吸收受到限制問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了兩端單片溶液處理的串聯(lián)式有機(jī)光伏電池(OPV)[35]；對(duì)疊層有機(jī)太陽(yáng)能電池中的前、后子電池之間的光譜匹配性進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)300～1000 nm范圍內(nèi)太陽(yáng)發(fā)射光譜的高效利用[95]；基于新型高效寬帶隙非富勒烯受體的15%效率串聯(lián)有機(jī)太陽(yáng)能電池，具有低能量損耗[96]。

(2)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。一種基于空間間隔的分子設(shè)計(jì)，以提高二維鈣鈦礦的傳輸性能，通過(guò)陽(yáng)離子氟化增強(qiáng)了二維鈣鈦礦中的電荷輸運(yùn)[97]；聚合物摻雜的高效率鈣鈦礦太陽(yáng)能電池并改善水分穩(wěn)定性[98]；以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為模板，控制成核和晶體生長(zhǎng)，制備具有優(yōu)異電子性質(zhì)的光滑鈣鈦礦薄膜，表現(xiàn)出長(zhǎng)的光致發(fā)光壽命[99]；垂直定向的二維鈣鈦礦的形成機(jī)制[100]；一種便宜、長(zhǎng)鏈和吸濕的聚合物支架用于自修復(fù)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池[101]；聚合物鈍化無(wú)機(jī)銫鉛混合鹵化鈣鈦礦用于制備高效太陽(yáng)能電池[102]；一種基于全溶劑型的合成路線(xiàn)，用于生產(chǎn)可印刷的多晶鈣鈦礦[103]。

(3)薄膜晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管。一個(gè)高增益，全噴墨印刷肖特基勢(shì)壘有機(jī)薄膜晶體管放大電路[104]；有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管中由于門(mén)控觸點(diǎn)引起的遷移率過(guò)高評(píng)估[105]；通過(guò)氫鍵操縱缺電子聚合物的共面骨架構(gòu)象，顯著改善單極n型晶體管的性能[106]；用于場(chǎng)效應(yīng)晶體管的半氟化烷基側(cè)鏈誘導(dǎo)聚合物半導(dǎo)體的剛性骨架結(jié)構(gòu)研究[107]；平衡的雙極性聚合物用于柔性晶體管[108]；噻唑酰亞胺基全受體均聚物在有機(jī)薄膜晶體管中的高性能電子傳輸[109]；導(dǎo)電聚合共混物的熔融共混對(duì)高性能有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的影響[110]；(半)階梯型雙噻吩類(lèi)酰亞胺基全受體半導(dǎo)體的合成、結(jié)構(gòu)-性能相關(guān)性和單極n型晶體管性能[111]。

(4)組裝、加工方法、特殊性能等?；阡宕h(huán)戊烷甲基醚(CPME)的綠色溶劑系統(tǒng)，將全聚合物太陽(yáng)能電池的功率轉(zhuǎn)換效率提高到11%[112]；研究混合銀納米線(xiàn)和石墨烯基溶液處理的有機(jī)光電子透明電極[113]；以準(zhǔn)二維鈣鈦礦/聚氧乙烯復(fù)合薄膜為發(fā)光層的高效、光譜穩(wěn)定的紅色鈣鈦礦發(fā)光二極管[114]；三葉的螺烯螺旋槳與三維網(wǎng)絡(luò)組裝的有機(jī)電子器件[115]；超柔性和整合的三色、高效聚合物發(fā)光二極管和有機(jī)光電探測(cè)器來(lái)實(shí)現(xiàn)光電子皮膚[116]；采用了一種新的三甲基鋁蒸氣交聯(lián)法制備高效鈣鈦礦納米晶體發(fā)光二極管[117]；一種溶液加工方法，以阻止電分流，從而提高鈣鈦礦器件的電致發(fā)光量子效率[118]；開(kāi)發(fā)了一種連續(xù)的槽型涂層工藝，以生產(chǎn)高效的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，并用于大規(guī)模的Roll-to-Roll印刷工藝[119]。

2.2 研究熱點(diǎn)

綜上，利用上面兩種方法，通過(guò)對(duì)2018—2019年2年中所發(fā)表、其近2個(gè)月被引頻次排在學(xué)科前0.1%的ESI熱點(diǎn)論文，及文獻(xiàn)分析工具Citespace對(duì)近10年高被引論文，選取近4年引用頻次高的Article文章進(jìn)行分析，得到有機(jī)光電高分子材料研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)分布(圖1)。人們廣泛關(guān)注并深入研究的方向主要是有機(jī)太陽(yáng)能電池(88篇)，其次為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(11篇)，晶體管(9篇)，發(fā)光二極管(2篇)。

圖1 有機(jī)光電高分子材料研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)分布Fig.1 The distribution of research hotspots in the field of organic optoelectronic polymer materials

有機(jī)太陽(yáng)能電池的具體研究熱點(diǎn)內(nèi)容總結(jié)如下。

（1）高性能活性層材料的設(shè)計(jì)合成。設(shè)計(jì)創(chuàng)造性能優(yōu)良的稠環(huán)電子受體材料新體系，特別是強(qiáng)可見(jiàn)/近紅外光吸收、高電子遷移率、高激子擴(kuò)散系數(shù)的受體材料。發(fā)展二維結(jié)構(gòu)的聚合物給體材料，共軛主鏈和共軛側(cè)鏈協(xié)同優(yōu)化改善材料性能。通過(guò)稠環(huán)電子受體和二維聚合物給體的協(xié)同優(yōu)化和匹配實(shí)現(xiàn)高性能的非富勒聚合物太陽(yáng)電池。

(2)高性能界面材料的設(shè)計(jì)合成及其界面調(diào)控性能的研究。調(diào)控和優(yōu)化金屬電極與有機(jī)半導(dǎo)體活性層之間的軟/硬材料界面是提升有機(jī)太陽(yáng)能電池性能的一個(gè)重要手段。在有機(jī)太陽(yáng)能電池中，對(duì)金屬陰極的界面修飾可以降低電極的功函，增強(qiáng)器件的內(nèi)建電場(chǎng)，減少載流子復(fù)合損耗，從而提高電池的開(kāi)路電壓(VOC)、短路電流(JSC)和填充因子(FF)。因此，圍繞著新型界面修飾材料的設(shè)計(jì)合成以及器件工藝的優(yōu)化，界面工程已經(jīng)成為進(jìn)一步增強(qiáng)器件性能和穩(wěn)定性的重要手段。這一方向的研究主要關(guān)注于界面電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控、界面能級(jí)對(duì)器件物理工作過(guò)程的影響、界面穩(wěn)定性的改善和界面形貌表征的技術(shù)和方法學(xué)。

(3)電池器件中有機(jī)半導(dǎo)體活性層表界面的可控?fù)诫s。有機(jī)半導(dǎo)體與金屬電極之間形成的軟/硬材料界面對(duì)器件性能有重要影響，其核心是界面能級(jí)結(jié)構(gòu)的調(diào)控和穩(wěn)定性。通過(guò)界面可控?fù)诫s可以實(shí)現(xiàn)界面處能帶匹配，降低電極與有機(jī)半導(dǎo)體層之間的肖特基能壘，提升界面處載流子傳輸性能。

（4）有機(jī)太陽(yáng)能電池活性層能量損失研究。有機(jī)太陽(yáng)電池器件能量損失主要可分為輻射、非輻射復(fù)合電壓損失。輻射復(fù)合損失主要由載流子的輻射復(fù)合速率決定，而非輻射復(fù)合損失則主要由輻射、非輻射載流子復(fù)合速率的相對(duì)快慢決定。歸納總結(jié)電池活性層能量損失的內(nèi)在規(guī)律，對(duì)指導(dǎo)材料設(shè)計(jì)合成和器件工藝優(yōu)化都具有重要意義。

3 研究前沿分析

3.1 來(lái)自基本科學(xué)指標(biāo)評(píng)價(jià)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)（ESI）的研究前沿（research fronts）分析

ESI研究前沿分析，是基于文獻(xiàn)共被引(cocitation)原理，通過(guò)共被引這種新的文獻(xiàn)耦合形式，找出共被引頻率較高時(shí)形成的一組文獻(xiàn)，分析它們之間具有的研究主題方面的相關(guān)性，從一種新的視角來(lái)探索科學(xué)研究的展開(kāi)。具體為近6年的高被引論文作為“核心論文”，通過(guò)運(yùn)算、聚類(lèi)得出研究前沿。

本文通過(guò)關(guān)鍵詞photovoltaic performance，organic photovoltaic cell，organic transistor，allpolymer solar cell，ternary organic solar cell，bulk heterojunction solar cell，charge transport layer，nonfullerene acceptor，fullerene acceptor，polymer solar cell，carrier mobility，thin film transistor，bulk heterojunction，donor polymer，conjugated polymer，獲取有機(jī)光電高分子材料相關(guān)的研究前沿主題詞表。

從平均發(fā)表年最近得出了有機(jī)光電領(lǐng)域最新關(guān)注前沿。

(1)制備高效太陽(yáng)能電池。制備高效聚合物太陽(yáng)能電池；本體異質(zhì)結(jié)高效有機(jī)太陽(yáng)能電池；高效的全聚合物太陽(yáng)能電池；高效非富勒烯有機(jī)太陽(yáng)能電池；配置兩個(gè)結(jié)構(gòu)相似的小分子受體的三元有機(jī)太陽(yáng)能電池；效率為13%的三元壬二烯聚合物太陽(yáng)能電池；高效三元非富勒烯聚合物太陽(yáng)能電池；半透明三元壬二烯聚合物太陽(yáng)能電池；三元共聚非富勒烯聚合物太陽(yáng)能電池；有機(jī)光伏電池轉(zhuǎn)化效率16%；減少非輻射能量損失；較厚的活性層等。

(2)受體研究。高光電性能n型有機(jī)半導(dǎo)體受體；基于苝酰亞胺的受體；氯取代的功能材料；強(qiáng)的近-紅外吸收。

(3)有機(jī)半導(dǎo)體材料。酰亞胺功能聚合物半導(dǎo)體；功能化共軛聚合物；基于卟啉的共軛有機(jī)框架；富氮2D SP2-碳鍵連接共軛聚合物骨架;高性能陰極。

(4)結(jié)構(gòu)-性能研究。垂直成分分布；二苯硫添加劑；鉑(Ⅱ)絡(luò)合策略；烷基化側(cè)鏈。

(5)加工及應(yīng)用性能。高效鑄態(tài)太陽(yáng)能電池；可印刷有機(jī)陰極夾層；分子印跡應(yīng)用；潛在設(shè)備壽命接近10年；超敏感光電化學(xué)生物傳感器；鋰離子電池；光伏性能高的N型有機(jī)半導(dǎo)體接受器等。

從核心論文數(shù)較多的研究前沿主題詞，得出有機(jī)光電高分子材料研究活躍的前沿領(lǐng)域，主要有：高效全聚合物太陽(yáng)能電池；高性能非富勒烯聚合物太陽(yáng)能電池；高性能三元共混聚合物太陽(yáng)能電池；多功能三元有機(jī)太陽(yáng)能電池；高效的倒置型太陽(yáng)能電池；光導(dǎo)陰極夾層；高效的二維共軛苯并二噻吩基光伏聚合物；無(wú)缺陷的萘二酰亞胺雙噻吩共聚物；共軛聚合物的合成；二酮吡咯并吡咯-四噻吩共軛聚合物；聚合物半導(dǎo)體；側(cè)鏈誘導(dǎo)的剛性骨架組織；超高遷移率的透明有機(jī)薄膜晶體管；高遷移率場(chǎng)效應(yīng)晶體管；基于空氣穩(wěn)定的場(chǎng)效應(yīng)晶體管等。

3.2 基于突變?cè)~的有機(jī)光電高分子材料研究前沿及發(fā)展演化

利用CiteSpace的突變檢測(cè)功能來(lái)辨認(rèn)學(xué)科領(lǐng)域研究前沿術(shù)語(yǔ)概念，并通過(guò)突變?cè)~時(shí)區(qū)視圖及突變?cè)~權(quán)重排序來(lái)判斷該學(xué)科領(lǐng)域中新興的研究前沿及其演化。全球有機(jī)光電高分子材料領(lǐng)域的研究前沿按照時(shí)間順序：

2009—2012年的前沿方向有polythiophene(聚噻吩)，network(網(wǎng)絡(luò))，blend(共混)，light emitting diode(發(fā)光二極管)，photovoltaic cell(光伏電池)，thin film(薄膜)，self organization(自組裝)，charge transport(電荷傳輸)，conversion efficiency(轉(zhuǎn)換效率)，transparent(透 明)，phase separation(相 分 離)，photoinduced electron transfer(光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移)，indium tin oxide(銦錫氧化物)，heterojunction solar cell(異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池)，nanoparticle(納米粒子)等。

2012—2016年的前沿方向有l(wèi)ow bandgap polymer(低能帶隙聚合物)，tandem polymer(串聯(lián)聚合物)，side chain(側(cè)鏈)，small molecule(小分子)，organic semiconductor(有 機(jī) 半 導(dǎo) 體)，electrode(電 極)，hole mobility(空穴遷移率)，power conversion efficiency(光電轉(zhuǎn)換效率)。

2016—2019年的前沿方向有electron acceptor(電子受體)，nonfullerene acceptor(非富勒烯受體)，fullerene(富勒烯)，high efficiency(高性能)，stability(穩(wěn)定性)。

通過(guò)上面的分析發(fā)現(xiàn)有機(jī)太陽(yáng)能電池研究前沿主題演變趨勢(shì)(圖2)：聚噻吩給體體系——新型給體-受體體系，串聯(lián)聚合物電池——非富勒烯受體體系，高效及穩(wěn)定性器件。

圖2 有機(jī)太陽(yáng)能電池研究前沿主題演變趨勢(shì)Fig.2 Evoluting trends of research frontiers in organic solar cell field

4結(jié) 語(yǔ)

有機(jī)太陽(yáng)能電池作為一種利用有機(jī)功能材料將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的新型光伏技術(shù)，近10年來(lái)得到快速發(fā)展，是有機(jī)光電高分子材料領(lǐng)域最受關(guān)注的研究主題。有機(jī)太陽(yáng)能電池具有光電特性調(diào)節(jié)范圍寬、可實(shí)現(xiàn)半透明及柔性器件等突出優(yōu)點(diǎn)，可通過(guò)印刷制備大面積器件，能夠有效降低制造成本。有機(jī)太陽(yáng)能電池的輕薄、柔性、半透明特性將使其在光伏建筑一體化和便攜式電子設(shè)備等方面具有廣闊的市場(chǎng)前景。

有機(jī)太陽(yáng)能電池的核心是由電子給體材料與電子受體材料共混形成的本體異質(zhì)結(jié)光活性層，光活性層吸收光子后產(chǎn)生激子，激子利用給/受體間的能級(jí)差，在給/受體界面處發(fā)生激子解離，產(chǎn)生的自由電荷進(jìn)行選擇性傳輸?shù)竭_(dá)不同電極，最終被電極抽取產(chǎn)生光電流。

本文創(chuàng)新性地將文獻(xiàn)計(jì)量分析方法同文獻(xiàn)具體內(nèi)容相結(jié)合，通過(guò)對(duì)有機(jī)光電高分子材料領(lǐng)域SCI高被引論文的熱點(diǎn)論文、共被引文獻(xiàn)、熱點(diǎn)關(guān)鍵詞對(duì)應(yīng)的文獻(xiàn)，關(guān)鍵詞突變等，分析得到有機(jī)太陽(yáng)能電池研究關(guān)注熱點(diǎn)為高性能活性層材料的設(shè)計(jì)合成；高性能界面材料的設(shè)計(jì)合成及其界面調(diào)控性能的研究；電池器件中有機(jī)半導(dǎo)體活性層表界面的可控?fù)诫s；有機(jī)太陽(yáng)能電池活性層能量損失研究。

分析得到了有機(jī)光電領(lǐng)域最新關(guān)注前沿及活躍的前沿領(lǐng)域：高效太陽(yáng)能電池的制備；三元有機(jī)太陽(yáng)能電池；非富勒稀受體的研究；超高遷移率的透明有機(jī)薄膜晶體管；高遷移率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，二維共軛聚合物等。有機(jī)太陽(yáng)能電池研究前沿主題演變趨勢(shì)：從聚噻吩給體體系——新型給體-受體體系；單層——雙層——本體異質(zhì)結(jié)電池結(jié)構(gòu)；富勒烯受體——非富勒烯受體。

文中包含大量高質(zhì)量文獻(xiàn)信息，連同總結(jié)的前沿、熱點(diǎn)等，將為相關(guān)科研人員提供有益參考。