通过重组已知太阳能电池的分子构件 帮助寻找高效电池材料

有机太阳能电池可以在向可再生能源过渡的过程中发挥关键作用。在推进该过渡过程中，廉价的合成路线和提高电池效率是非常重要的。相比较传统的硅太阳能电池，近日发现的一种名为“非富勒烯受体”（NFA）的新材料提供了一种具有成本效益的合成途径，同时提供了比第一种有机太阳能电池更高的效率。

这些“非富勒烯受体”材料具有为太阳能电池使用而定制的特性，其设计仍然存在挑战。马克斯·普朗克聚合物研究所 Kurt Kremer 部门的 Denis Andrienko 及其同事现在已经开发出一种新的基于模拟的设计方法，以简化这一程序。

该设计方法利用了已经知道的具有高效率的有机太阳能电池，将其分为几个构件。这些构件由捐献电子或接受电子的分子成分组成，即所谓的“接受者”（acceptors）和“捐赠者”（donors）。来自不同的已知太阳能电池的供体和受体构件可以结合起来，得到新的“非富勒烯受体”分子，用于太阳能电池。

该研究的共同作者 Kun-Han Lin 说：“从大量现有的分子化合物中选择合适的是一个挑战--这就是为什么我们用我们的方法进入已经存在的太阳能电池并结合它们的分子成分来创造新的太阳能电池”。

设计算法包括减少可能的“非富勒烯受体”分子数量的约束条件--如分子对称性、四极矩、电离能和电子亲和力。例如，在使用受体-供体-受体组合的情况下，两个受体构件总是属于同一类型。这种设计方法已经显示出前景，有助于在材料实际合成之前预测太阳能电池的效率。

DOI: 10.1002/aenm.202102363