研究太阳能聚合物电池是一个漫长探索的过程，在一定程度上，获取一个性能较优的太阳能聚合物电池材料还具有偶然性，不过人们已经在对D-A、PPV、P3HT聚合物等的研究工作中总结出一些规律。从目前的研究经验来看，一个理想的聚合物材料除了要有小的能隙（1。4eV±0。1eV）外，一般还应满足以下几个性能参数[6]：（1）溶解性较好；（2）分子量较高；（3）稳定性较好；（4）载流子迁移率较高；（5）HOMO能级在–5。4 eV附近；（6）LUMO能级在–3。9 eV附近。但是一种材料很难同时满足以上条件，必须在上述性能方面找到平衡。目前窄带隙的聚合物研究主要集中在大π-共轭结构和D-A型电荷转移共轭聚合物，前者具有较高的空穴迁移率以及较高的填充因子（FF）和短路电流（Jsc），但其HOMO能级偏高，使得器件的开路电压（Voc）偏低[7-9]。后者存在分子内电荷转移效应，聚合物的HOMO和LUMO能级和能隙可以很容易地通过聚合单体（D-A基团）的给受电子能力来调节[9]。研究表明，一个理想的D-A型共轭聚合物也应该具有一个比较低的HOMO能级，这样可以保证一个高的开路电压（Voc），同时聚合物还需要有一个比较窄的能隙，这样可以使短路电流（Jsc）最大化。这些性能要求可以通过建立一个“弱电子给体-强电子受体”的D-A型共轭聚合物来实现，因为弱电子给体可以保证一个较低的HOMO能级，而强电子受体则能通过分子内的电荷转移效应来使聚合物有一个较窄的能隙，如图1。1所示。论文网

图1。1 窄带隙聚合物的带隙宽度要求示意图

关于电子给体材料，首先要考虑调控材料的给电子能力，一般可以采用不同的共轭分子及结构修饰等途径加以实现，其中并环类分子就是其中的佼佼者。如果将杂原子替代并环中的部分碳原子，不仅可以调控材料的电子结构，还能影响材料分子间相互作用并对载流子的传输性能造成一定的正效应；另一方面，不同的并环方式也在很大程度上影响分子的光电性能。常见的并环类电子给体材料有稠环并噻吩，如并二噻吩，二噻吩并噻咯，二噻吩并苯等，如图1。2所示[5-9]。由于噻吩基团的存在，这些稠环类共轭分子都具有很强的给电子能力。这些基团与强的电子受体构筑的D-A型共轭聚合物往往存在比较强的分子内电荷转移效应，提高了聚合物的HOMO能级，这对理想的D-A型共轭聚合物材料来说是不利的。利用给电子能力相对较弱的苯来代替并三噻吩分子中的中间噻吩环可以得到一系列新的稠环共轭分子，这些分子的给电子能力与并三噻吩相比有所减弱。这些稠环共轭分子一方面有利于π电子的离域，增加分子的有效共轭长度，增强摩尔吸光度，另一方面也有利于分子间的π-π紧密堆积，从而提高载流子迁移率。从分子结构设计角度考虑，不同分子构型也会引起电子结构、共轭程度的改变，从而影响分子的各种性能，特别是载流子传输性[10,11]。

图1。 2 常见的并环类电子给体材料

对于弱电子给体而言，最常见的是苯并噻咯。与碳原子相比，硅原子半径较大，电负性较小，又具有空的3d轨道，所形成的C–Si键长较长，易于极化。实验证明将硅原子以噻咯环的形式结合到π-共轭分子中，不仅可以显著改变材料的电子结构和能级状态，从而得到一些独特的光电性能，而且还有利于分子间的π-π紧密堆积，能提高材料的电子和空穴的迁移率[13]。另一方面，硅原子上也很容易引入各种烷基链以改善材料的溶解性以及调控材料在固态时的堆积方式。这些结果表明二苯并噻咯类材料对于构筑理想的D-A型共轭聚合物来说是一类很好的弱电子给体材料。