一种可提高有机太阳能电池光伏性能的嵌段共聚物

有机太阳能电池是成分全部或部分为有机物的太阳能电池。其具有重量轻，成本低，机械灵活，且有着良好的加工特性的优点。所以有机太阳能电池（OPV）是无机太阳能电池（如硅太阳能电池）的最具吸引力的替代品。然而，由于OPV的功能与传统的无机光伏不同，因此面临着自身的挑战。其中， 一个显著的挑战便是试图控制构成供体 - 受体界面上的OPV的有机半导体的结构和组成。主要是因为供体 - 受体界面的形态对光伏性能至关重要。

为了应对这个挑战，Zhiqi Hu及其同事将不同长度的柔性连接基团引入到全共轭嵌段共聚物(BCPs)中，并研究了在供体 - 受体界面上产生的效应。 在光学和光伏性能分析和计算研究之后，该团队确定了柔性连接组对OPV中电荷转移过程有着影响，他们发现短而刚性的绝缘体比柔性连接组具有更好的性能。 他们的还发现，任何连接基团都应该被设计来控制聚合物在供体-受体界面的电子性能和方向。而且还表示聚合物的取向会影响界面处的重叠，进而影响光伏性能。

Hu和他的同事们在前人对OPV领域的研究基础上，以及对OPVs功能的现有理解。他们认识到当OPVs吸收光时，电荷分离过程会依赖于供体-受体界面的结构。但是，就目前科学研究而言，还不知道促进电荷分离的最佳界面结构和组成。而且，目前也只有很少的策略对界面进行修改，以促进更有效的电荷分离。

之前的研究已经探索了影响电荷转移的界面的不同特性，而且，有些研究也发现了在供体和受体之间若包含一个薄的绝缘间隔则可以有益于光伏性能。用于研究供体-受体界面电荷分离的BCPs由共价结合的供体和受体聚合物组成，即在供体聚合物和受体聚合物的结构域之间有一个连接基团。如本研究所示，连接基团在长度和组成上可以是不同的，从而对BCPs的性能产生不同的影响。

Hu和他的同事提出的合成方法允许在供体-受体界面上调整BCP结构，以达到最高的光伏性能。同时，他们的工作可以扩展到将来研究不同的连接基团，以优化接口的能量传输，从而优化OPVs的光伏性能。

该图为不同连接基团长度和方向的供体-受体接口的嵌段共聚物。(a)无链接组的平面取向，(b)有一个连接基团的平面取向，(c)具有一个连接基团的非平面取向，(d)有三个连接基团的非平面取向。以上所有连接，左侧皆为供体(P3HT)，右侧皆为受体(PFTBT)。