众所周知，有机太阳能电池的活性层中分为给体材料与受体材料。大部分的材料学家都致力于给体材料的设计合成，结合器件与形貌的优化、界面的调控，现如今光电转换效率已经取得了突飞猛进的增长。近几年，非富勒烯受体材料博得了广大科研工作者的关注，其中的聚合物受体材料，除了价格低、能级容易调节、吸收较宽且较红这些非富勒烯受体材料的典型特点外，还具有机械性能较好的优势。

       在传统的聚合物太阳能电池中，face-on的排列由于具有较高的电荷迁移率，因此能够有利于提高厚膜器件的短路电流、填充因子，而且还可以减少光生激子在分离时的复合。但是，在全聚合物太阳能电池中，分子的取向与电池性能的关系还没有研究透彻，在不改变其形貌的情况下控制结晶的取向非常困难。韩国科学技术研究所（KIST）Hae Jung Son和华盛顿大学Alex K.-Y. Jen（点击查看介绍）等人合作，合成了一系列的无规共聚物以及聚合物P2T、PDTT，系统研究聚合物给体的结晶取向对光伏机理的影响，尤其是通过对比富勒烯太阳能电池以及全聚合物太阳能电池，对给受体界面处的电荷产生造成的影响进行研究。（Effect of Molecular Orientation of Donor Polymers on Charge Generation and Photovoltaic Properties in Bulk Heterojunction All-Polymer Solar Cells. Adv. Energy Mater., 2016, DOI: 10.1002/aenm.201601365）

图1. PC71BM与集中聚合物的化学结构。图片来源：Adv. Energy Mater.

       如图2a所示，溶液中，随着三并噻吩数目增加，出现了红移。原因有两个：（1）刚性变大；（2）三并噻吩比二连噻吩的供电子性更强。

表一 器件参数表

       可以发现，对于全聚合物太阳能电池不同材料差别较大的是短路电流，为了分析其差别的原因，作者进行了紫外吸收测试以及透射电镜测试，发现其差别并不大。

              从图3c与3d可以看出，几个聚合物根据face-on结晶取向的比例进行排比为：PR2 > PR3 ≥ PDTT > PR1 > P2T.。从3g与3i、3k与3i图中，可以看出聚合物链方向的堆积距离与π-π堆积距离得到了很好的保持。

       图4a可以清晰的看出，对于全聚合物太阳能电池，其短路电流的数值随着face-on的比例的增大而增大，但是对于富勒烯的太阳能电池却没有这样的性质。

图4. a) 聚合物:PC71BM  b) 聚合物:PNDI共混膜的EQE（最大吸收峰处的）以及短路电流与face-on比例的对应关系图。图片来源：Adv. Energy Mater.

       作者之后测试了不同系列的迁移率，而且发现迁移率的数值对全聚合物太阳能电池EQE的变化影响非常小。给受体界面处的激子解离与电荷传输也会受到结晶取向的影响。给受体界面处的电荷传输利用荧光来测试，发现全聚合物太阳能电池的荧光猝灭效率随着face-on的比例增大而增大，但是富勒烯太阳能电池却变化很小。同理，作者还通过测试饱和光电流与光生电流之间的关系测试了face-on比例变化下的激子解离概率，同样发现了类似的规律：全聚合物太阳能电池的激子解离随着face-on的比例增大而增大。

       总之，作者发现在全聚合物太阳能电池中，face-on的比例直接影响到了给受体界面处其激子的解离、电荷的传输等，这最终会影响到EQE以及短路电流，而且face-on的比例可以通过改变无规共聚物的结构进行调节，这为非富勒烯太阳能电池的发展提供了重要借鉴。但是，除了无规共聚物之外的其他非富勒烯受体是否适合这个规律呢？