由供体(D)和受体(A)混合材料组成的块状异质结被认为是有机光伏(OPV)电池最有效的器件结构。这类电池的整体形态在电荷的产生、重组和传输中起着至关重要的作用，很大程度上决定了器件的性能。目前，虽然已有大量研究探讨了这些电池的形态与性能的关系，但设计具有理想形态的OPV材料的方法仍不清楚。
鉴于此，中科院化学所侯剑辉教授/姚惠峰博士和天津大学叶龙教授以分子静电势分布为指导，建立了化学结构和整体形态之间的联系。该工作提出了一种分子设计策略，可以精细调整整体形态以实现平衡的电荷产生和重组，有助于OPV电池效率的进一步提高。研究表明，通过修饰官能团可以有效地调节D-A界面的分子取向和共混物中的域纯度。此外，增强D-A相互作用有利于电荷的产生。然而，在与局部激发态混合时产生的低域纯度和增加的电荷迁移比会导致严重的电荷复合。文章以题为“Impact of electrostatic interaction on bulk morphology in efficient donor-acceptor photovoltaic blends”发表于《Angew》上。图1 BDT、BDT- F、IC-0Cl、IC-2Cl、PBDB-T、PBDB-TF、BTP-0Cl和BTP-4Cl的分子结构和相应的ESP1、在本研究中，作者选择了PBDB-TF:BTP-0Cl、PBDB-TF:BTP-4Cl和PBDB-T:BTP-4Cl三种不同的D:A组合，并通过分子动力学(MD)模拟计算了它们的相互作用能。结果显示，PBDB-T:BTP-4Cl的相互作用能(-8.88×104 kJ mol-1)最低，而PBDB-TF: BTP-0Cl的相互作用能(-8.55×104 kJ mol-1)最高，PBDBTF:BTP-4Cl的值为-8.80×104 kJ mol-1。2、为了进一步了解分子间相互作用对电荷产生和重组的影响，研究了三种组合的电荷迁移（CT）态。发现PBDB-T:BTP-4Cl的计算CT比值(85.9%)远高于PBDB-TF:BTP-4Cl(32.6%)和PBDB-TF:BTP-0Cl(25.3%)。说明分子间静电相互作用辅助下的空穴转移有利于电荷的产生，特别是在D-A能级排列的情况下。然而，随着CT比的增加，振子强度呈现出相反的趋势。3、在短路条件下，基于PBDB-T:BTP-4Cl和PBDBTF:BTP-4Cl的器件的整体电荷分离、传输和收集效率分别为91.6%和92.4%。然而，在基于PBDB-TF: BTP - 0Cl的器件中，该值下降到70%。图2 (a) j-v曲线,(b)三种OPV器件的EQE谱图,(c) PBDB-TF/PBDB-T与BTP-0Cl/BTP-4Cl间的结合能,(d)三种共混体系的CT比和振子强度,(e) Jph-Veff曲线,(f)三种器件的EQEEL
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