有機(jī)太陽(yáng)能電池可以在向可再生能源過(guò)渡的過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在推進(jìn)該過(guò)渡過(guò)程中，廉價(jià)的合成路線和提高電池效率是非常重要的。相比較傳統(tǒng)的硅太陽(yáng)能電池，近日發(fā)現(xiàn)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(shí)提供了比第一種有機(jī)太陽(yáng)能電池更高的效率。

這些“非富勒烯受體”材料具有為太陽(yáng)能電池使用而定制的特性，其設(shè)計(jì)仍然存在挑戰(zhàn)。馬克斯·普朗克聚合物研究所 Kurt Kremer 部門的 Denis Andrienko 及其同事現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新的基于模擬的設(shè)計(jì)方法，以簡(jiǎn)化這一程序。

該設(shè)計(jì)方法利用了已經(jīng)知道的具有高效率的有機(jī)太陽(yáng)能電池，將其分為幾個(gè)構(gòu)件。這些構(gòu)件由捐獻(xiàn)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(zèng)者”（donors）。來(lái)自不同的已知太陽(yáng)能電池的供體和受體構(gòu)件可以結(jié)合起來(lái)，得到新的“非富勒烯受體”分子，用于太陽(yáng)能電池。

該研究的共同作者 Kun-Han Lin 說(shuō)：“從大量現(xiàn)有的分子化合物中選擇合適的是一個(gè)挑戰(zhàn)--這就是為什么我們用我們的方法進(jìn)入已經(jīng)存在的太陽(yáng)能電池并結(jié)合它們的分子成分來(lái)創(chuàng)造新的太陽(yáng)能電池”。

設(shè)計(jì)算法包括減少可能的“非富勒烯受體”分子數(shù)量的約束條件--如分子對(duì)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(gè)受體構(gòu)件總是屬于同一類型。這種設(shè)計(jì)方法已經(jīng)顯示出前景，有助于在材料實(shí)際合成之前預(yù)測(cè)太陽(yáng)能電池的效率。

DOI: 10.1002/aenm.202102363