能源問題一直是世界各國競爭的焦點，發(fā)展新型清潔能源已成為各國科學(xué)家研究的重點。近幾年來，實驗室報道的聚合物太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)高達(dá)12%，這使得聚合物太陽能電池在各類競爭者中脫穎而出。聚合物太陽能電池效率的大幅提高是科學(xué)家們在設(shè)計合成、機(jī)理研究以及器件工藝制備方面的共同努力。

聚合物太陽能電池是體異質(zhì)結(jié)（聚合物給體：富勒烯受體）結(jié)構(gòu)。而它的電池效率也受到多方面的影響（短路電流J_sc、開路電壓V_oc、以及填充因子FF）。最近武漢理工大學(xué)的肖生強(qiáng)研究員、尤為教授（北卡羅來納大學(xué)教堂山分校教授）在Adv. Mater.撰寫綜述性文章，依次從分子設(shè)計、聚合物設(shè)計以及形貌和器件物理等方面進(jìn)行詳細(xì)闡述，從合成、形貌以及器件物理等方面綜合全面的闡釋影響器件性能的基本原理，從而更深層次理解結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系。這對我們設(shè)計合成下一代高效電池器件起到至關(guān)重要的影響。

研究人員通過上圖形象的說明了聚合物太陽能電池中材料與器件的關(guān)系，有機(jī)材料以及其加工過程直接影響體異質(zhì)結(jié)的形貌，而形貌又關(guān)系著器件的實際輸出（如能級、帶隙以及聚集態(tài)等）；只有更好的理解器件物理，才能更好的解釋器件效率的變化。因此，理解材料設(shè)計以及器件加工過程，從而研究器件內(nèi)部作用機(jī)理。

首先，研究人員從主鏈、取代基以及側(cè)鏈三個方面闡述分子設(shè)計對聚合物太陽能電池的影響。

主鏈、取代基以及側(cè)鏈對于最終的分子都有影響，但是也不能將它們簡單的拆分開來。分子主鏈決定著共軛聚合物最基本的光電性能（如能級、帶隙以及遷移率等）。同時，側(cè)鏈也很大程度的影響了共軛聚合物的光電性能，特別是固態(tài)薄膜狀態(tài)下形貌的特性（如聚集以及分子的堆積等）。

接著，研究人員從分子量等方面闡述了聚合物設(shè)計對聚合物太陽能電池的影響。一般來說，較高的分子量能真正反映聚合物太陽能電池的實際行為狀態(tài)。但是到目前為止科學(xué)家們對于“太陽能電池中的共軛聚合物是否具有普適性的分子量臨界值”，仍沒有得到確定的依據(jù)。

此外，研究人員表明電池器件最大效率與薄膜形貌直接相關(guān)。因此，器件物理能使我們很好的理解器件薄膜中的物理過程，電荷的激發(fā)與分離行為均受分子結(jié)構(gòu)以及薄膜形貌影響。

然而12%的效率要想實現(xiàn)商業(yè)化的應(yīng)用仍存在一段距離，因此科學(xué)家們?nèi)栽诓捎酶鞣N辦法提高效率。例如，最近非富勒烯受體的太陽能電池得到迅速發(fā)展。