通過重組已知太陽能電池的分子構件 幫助尋找高效電池材料

有機太陽能電池可以在向可再生能源過渡的過程中發揮關鍵作用。在推進該過渡過程中，廉價的合成路線和提高電池效率是非常重要的。相比較傳統的硅太陽能電池，近日發現的一種名為“非富勒烯受體”（NFA）的新材料提供了一種具有成本效益的合成途徑，同時提供了比第一種有機太陽能電池更高的效率。

這些“非富勒烯受體”材料具有為太陽能電池使用而定制的特性，其設計仍然存在挑戰。馬克斯·普朗克聚合物研究所 Kurt Kremer 部門的 Denis Andrienko 及其同事現在已經開發出一種新的基于模擬的設計方法，以簡化這一程序。

該設計方法利用了已經知道的具有高效率的有機太陽能電池，將其分為幾個構件。這些構件由捐獻電子或接受電子的分子成分組成，即所謂的“接受者”（acceptors）和“捐贈者”（donors）。來自不同的已知太陽能電池的供體和受體構件可以結合起來，得到新的“非富勒烯受體”分子，用于太陽能電池。

該研究的共同作者 Kun-Han Lin 說：“從大量現有的分子化合物中選擇合適的是一個挑戰--這就是為什么我們用我們的方法進入已經存在的太陽能電池并結合它們的分子成分來創造新的太陽能電池”。

設計算法包括減少可能的“非富勒烯受體”分子數量的約束條件--如分子對稱性、四極矩、電離能和電子親和力。例如，在使用受體-供體-受體組合的情況下，兩個受體構件總是屬于同一類型。這種設計方法已經顯示出前景，有助于在材料實際合成之前預測太陽能電池的效率。

DOI: 10.1002/aenm.202102363