通过分子工程提高有机太阳能电池效率
聚合物太阳能电池是一种轻质、柔性的太阳能电池板，可用于可穿戴设备。然而，这些太阳能电池制造过程中使用的有卤化加工溶剂限制了其广泛采用。卤化加工溶剂的替代品几乎不那么可溶，因此需要更高的温度和更长的加工时间。找到一种方法来消除对卤化加工溶剂的需求可以提高有机太阳能电池的效率，并使聚合物太阳能电池成为可穿戴设备的可行选择。
在最近发表的一篇论文中，研究人员概述了如何使用侧链工程改善聚合物供体和小分子受体之间的分子相互作用，从而减少对卤化加工溶剂的需求。
该论文于7月24日发表在《Nano Research Energy》 上。
“聚合物供体和小分子受体的共混形态很大程度上受到它们的分子相互作用的影响，这可以由供体和受体材料之间的界面能决定。当它们的表面张力值相似时，供体和受体之间的界面能和分子相互作用预计会更有利，”韩国晋州庆尚国立大学教授 Yun-Hi Kim 说。“为了增强聚合物供体的亲水性并减少分子分层，侧链工程可能是一种可行的途径。”
侧链工程是将称为侧链的化学基团添加到分子的主链上。侧链中的化学基团影响较大分子的性质。研究人员推测，由于侧链中的氧原子，添加基于低聚乙二醇(OEG)的侧链可以提高聚合物供体的亲水性。具有亲水性的分子被水吸引。聚合物供体和小分子受体的亲水性差异会影响它们的相互作用。随着聚合物供体的亲水性增加以及聚合物供体与小分子受体之间相互作用的改善，可以使用非卤化加工溶剂而不牺牲太阳能电池的性能。实际上，
为了比较结果，研究人员设计了基于苯并二噻吩的聚合物供体，其具有 OEG 侧链、烃侧链或 50% 烃和 50% OEG 的侧链。“这阐明了侧链工程对非卤化溶剂加工聚合物太阳能电池的共混物形态和性能的影响，”Kim 说。“我们的研究结果表明，具有亲水性 OEG 侧链的聚合物可以增强与小分子受体的混溶性，并提高聚合物太阳能电池在非卤化加工过程中的功率转换效率和器件稳定性。”
除了提高能量转换效率外，具有基于 OEG 的侧链的聚合物太阳能电池还具有增强的热稳定性。热稳定性对于缩放聚合物太阳能电池至关重要，因此研究人员将它们加热到 120 摄氏度，然后比较功率转换效率。经过120小时的加热后，带有碳氢侧链的聚合物的初始能量转换效率仅为60%，并且其表面存在不规则现象，而碳氢化合物和OEG的共混物保留了其初始能量转换效率的84%。
Kim 说：“我们的结果可以为设计聚合物供体提供有用的指导，从而使用非卤化溶剂加工生产高效稳定的聚合物太阳能电池。”
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