基于有机半导体的光电器件能够吸收不同波长的光并将其转换为电能或电信号。通过将光转化为电，有机太阳能电池代表了一种清洁、经济、易于处理的解决方案，以解决能源危机问题;通过将不同能量的光子转换成电信号，有机光电探测器在柔性、高灵敏度、高速多色传感方面显示出其应用潜力。

对于这两种光电器件，关键材料是有机半导体，它是器件中的主要光收集器。一旦光子被吸收，就会在有机半导体中形成有界电子-空穴对(称为激子)。通过仔细调整每种材料的能级，可以分别在阴极和阳极收集电子和空穴。为了充分利用太阳能，低带隙聚合物半导体材料是人们最感兴趣的，因为低带隙可以保证低能量的光子被吸收，从而利用太阳对近红外的辐射。此外，不同波长(从紫外到红外)入射光子到电流的转换也为有机光电探测器打开了大门。到目前为止，该领域一直致力于开发具有可控或最小化带隙的低带隙半导体聚合物。并且，对于具有高摩尔吸收率、合适的能级、高载流子迁移率和在有机溶剂中的高溶解度等先进光电性能的低带隙半导体聚合物，已经形成了五条有效的设计规则。

共轭聚合物的半导体性质(单键和双键交替)源于π共轭结构，其中π电子具有一定的离域性。因此，通过调节π电子的自由度，可以改变聚合物体系中电子的离域和分布，从而产生不同的能级和能带隙。从这个角度出发，提出了融合杂环结构和基团/原子桥接相邻环以保持高平面度的思想，以促进π电子沿聚合物主链流动和增强离域。此外，引入吸电子单元降低能级、电子供体-电子受体(D-A)单元共聚以缩小带隙和二维共轭以扩大吸收和提高空穴迁移率的策略也得到了发展。

目前成功分子结构的主要设计策略在于D-A系统的构建，其中D和A单元的组合是正确选择的。此外，共轭体系中D和A单元的相对强度也会对分子内电荷转移带的吸收系数和共轭体系中的电子分布产生显著影响。本研究还综述了在高性能D- a聚合物中广泛应用的D单元，这些D单元都是通过富电子芳香环杂化成融合结构来设计的，以结合单个芳香环的固有优势，并提高D单元的平面度和刚性。高度平面结构的显著优点之一是形成了聚合物的“正面”取向，这有利于垂直结构太阳能电池的π共轭。就A单元而言，强吸电子单元可能会增加π电子离域，而另一方面，太强的缺电子性质会导致深能级阻碍电子收集。

低带隙半导体聚合物具有易于调节的能级，在实现与富勒烯衍生物混合的单一聚合物的多色光探测方面具有巨大的潜力，可以绕过无机材料所覆盖的有限子带。此外，低带隙半导体聚合物还能够利用更长的波长的光子，从而最终提高太阳能电池的光电转换效率。

出版

用于聚合物光伏的低带隙半导体聚合物。
刘超，王凯，龚鑫，Heeger AJ。
化学Soc 2015年11月9日

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