大阪大学团队开发新型半导体聚合物，提升电子流动效率与有机太阳能电池性能

有机太阳能电池以导电聚合物为材料制成，故而具备成本低廉、质量轻盈以及柔韧性佳等显著优点。然而，其光电转换效率却远逊于性能最优的硅基太阳能电池。不过，这一现状或许很快就会得到改变，原因在于日本的科研人员研发出一种全新方法，能够显著提升有机太阳能电池的性能。

在即将发表于《德国应用化学国际版》（Angewandte Chemie International Edition）的论文《具有手性诱导自旋选择性的手性双面非富勒烯受体（NFA）：一种提升有机太阳能电池性能的同手性策略》中，大阪大学的研究人员详细阐述了一种用于有机太阳能电池的新型半导体聚合物。这种聚合物能够优化电子流动，提高电池效率。研究人员通过改变受体分子的对称类型达成了这一目标。

在有机太阳能电池的工作过程中，电子给体分子吸收光能后，会将电子传递给电子受体分子，进而留下电子空穴。为了实现发电功能，电子和空穴必须保持分离状态，并被输送至外部电路，以防止它们重新复合。相较于硅半导体，有机半导体聚合物中电子和空穴之间的吸引力更为强劲，这意味着复合现象成为了实现高效率有机太阳能电池的主要阻碍。

防止电子和空穴复合的过程会受到分子对称性的影响。分子可能具有两个互为镜像的对称侧面，而左右不对称的分子，其左右两侧并非镜像关系。与之类似，垂直不对称意味着分子的顶部和底部存在差异，因而会出现两种无法重叠的镜像分子，宛如人的双手。这种特性被称作手性。

论文第一作者李爽（Shuang Li）表示：“我们深知，运用左右不对称的电子受体分子能够通过防止复合来提升有机太阳能电池的性能，但具有垂直不对称性的手性受体尚未得到深入探索。”

通讯作者石井原史（Fumitaka Ishiwari）指出，垂直不对称性具备若干重要优势。受体分子顶部和底部之间的电荷差异更为显著，这意味着分子能够更有效地聚集，并与给体分子充分混合，从而改善电子的流动状况。

资深作者佐伯明纪（Akinori Saeki）解释道：“最为关键的是，我们认为这些受体分子能够展现出手性诱导自旋选择性。”手性诱导自旋选择性（CISS）源于电子在其轴上具有向上或向下的自旋。每个镜像受体分子优先传导向上或向下自旋的电子，从而产生自旋极化电流，其中一种自旋占据主导地位。

佐伯补充道：“这一效应饶有趣味，因为自旋极化能够更有效地分离电子和空穴，从而减少电荷复合，而电荷复合正是有机太阳能电池面临的主要问题之一。”由镜像分子产生的自旋极化电流使得有机太阳能电池的功率转换效率达到约8%，是使用非镜像版本受体分子电池效率的三倍。利用镜像分子通过自旋极化电流防止复合，是一种全新的设计策略。

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