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基于苯并二噻吩的D-A型窄带隙共轭聚合物在太阳能电池中的应用
引言
太阳能电池作为一种可再生能源设备具有巨大的潜力，因其无废气排放和无噪音、无需燃料的特点成为了环保、绿色能源的代表之一。共轭聚合物作为太阳能电池中的光电转换材料已经被广泛研究，其中苯并二噻吩类共轭聚合物因其优异的光学和电学性质被广泛运用于太阳能电池领域中。本文将介绍一种基于苯并二噻吩的窄带隙D-A型共轭聚合物，并介绍其在太阳能电池中的应用。
一、苯并二噻吩的特点
苯并二噻吩（Benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene，BDT）是一种芳香性硫杂环化合物，与苯并噻吩相比，苯并二噻吩杂环的七元环取代位置发生变化，使得其分子平面性进一步增强，其分子间π-π堆积更加紧密，从而提高了其电传输性能。研究表明，苯并二噻吩杂环的加入可以降低聚合物的能隙，扩宽吸收光谱，并能够提高材料的载流子迁移率。
二、D-A型窄带隙共轭聚合物的优势
D-A型窄带隙共轭聚合物具有较低的全息禁戒和高的极化率，因此在太阳能电池领域有着广泛的应用。共轭聚合物的D-A型结构可以提高光电转换效率，并且可以通过合理调控D-A结构中的线性或解离共振贡献比例来改变共轭聚合物的算子跃迁能量，将共轭聚合物的能带结构调整到合适的范围，使其在太阳能电池中具有良好的光电性能。
三、基于苯并二噻吩的D-A型窄带隙共轭聚合物的性质
苯并二噻吩和苯并[1,2-c:4,5-c']二噻吩（BDTT）是最新的D-A结构材料，它通过将苯并噻吩提供给供体部分以降低族元素的电负性，从而带来共轭结构的强化。同时，让苯并噻吩（作为受体部分）的电子亲和力带来相对增大，可在共轭体系中实现良好的逸散剂作用。研究者采用苯并二噻吩为供体，取代苯基位置的受体强度为氰基的化合物，最终制备出了一系列的窄带隙共轭聚合物。其中，PBDTTT-C-2F是一种具有较高光电转换效率的共轭聚合物，其带隙能量为1.4eV。因此PBDTTT-C-2F并不适用于太阳电池领域中P3HT这样的获取性能较差的共轭聚合物，但是其在由PCBM/PC69BM组成的受体材料（该材料常用于低成本的有机太阳能电池）中的效率却很高。
四、基于苯并二噻吩的D-A型窄带隙共轭聚合物的应用
基于苯并二噻吩的D-A型窄带隙共轭聚合物具有优异的光电性能和工艺性，在太阳能电池中有着广泛的应用。例如，PBDTTT-EFT是一种基于苯并二噻吩的共轭聚合物，其带隙能量为1.18eV，具有高的吸收强度和良好的耐光稳定性，因此在常规的PTB7材料（即：噻吩聚合物）中提高了电池的光电转换效率。同时，由于其材料的稳定性，可以在广泛的温度范围内工作。
总结
基于苯并二噻吩的D-A型窄带隙共轭聚合物在太阳能电池领域中的应用前景巨大。研究者可以通过调整其供体和受体单位的化学结构，来获得良好的光电性能和稳定性，从而制备出高效率、长寿命的太阳能电池材料。当前，基于苯并二噻吩的D-A型窄带隙共轭聚合物已被广泛用于柔性、有机和钙钛矿太阳能电池领域，其应用前景仍有待进一步开拓。