过去几年，窄带隙受体结合宽带隙供体材料的创新显着推动了有机太阳能电池（OSCs）的功率转换效率（PCEs）超过18%。为了构建最先进的 OSC，在分子设计中应考虑光伏材料的吸收光谱、前沿分子轨道能级、分子堆积和结晶度以及电荷载流子迁移率。供体和受体材料是决定 OSC 光伏性能的关键组成部分。共轭主链上的侧链工程是优化供体材料光伏性能的关键策略。
苏州大学李永舫院士（中科院化学所）和崔超华等人关注供体材料分子主链上的杂原子取代以提高其光伏性能的主题，旨在为最先进的光伏设计提供对分子结构优化的深入理解材料。
首先，研究人员重点介绍了应用于有机光伏材料共轭分子骨架的卤素（氟和氯）原子取代策略。卤素原子的强电负性可以降低供体材料的最高占据分子轨道 (HOMO) 能级，从而增加所得OSC的开路电压。
此外，卤素原子引起的氢键有利于提高有机半导体的电荷传输性能和结晶度。另一方面，柔性侧链是提高光伏材料溶解性的关键组成部分。使用烷硫基和烷基甲硅烷基的柔性侧链是调节光伏材料的电子能级和吸收光谱的一种简单有效的方法。
由于pπ(C)–dπ(S)轨道重叠的形成，烷硫基取代基中硫原子的空3d轨道可以接受共轭骨架的π电子来调节光伏材料的光学和电学性质.类似地，烷基甲硅烷基侧链中的硅原子可以稳定最低未占分子轨道（LUMO）能级并降低有机半导体的HOMO能级，从而提高有机供体材料的光伏性能。
最后，研究人员简要讨论了光伏材料对OSC的性能优化和实际应用的挑战。
Hang Yang, et al. Effects of Heteroatom Substitution on the Photovoltaic Performance of Donor Materials in Organic Solar Cells, Acc. Mater. Res. 2021.
https://doi.org/10.1021/accountsmr.1c00119
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/accountsmr.1c00119