Skoltech公司的研究人員和他們的同事使用兩種不同的化學反應合成了一種用於有機電子的新共軛聚合物，並展示了這兩種方法對其在有機和包晶石太陽能電池中的性能的影響。這篇論文發表在《大分子化學與物理》雜誌上。
隨着世界試圖過渡到清潔和可再生能源，例如太陽能，科學家們正在努力使太陽能電池更有效地生產電力。在這些有希望的方法中，有兩種快速發展的光伏技術，具有廉價的可持續太陽能發電的潛力：有機太陽能電池和鉛鹵化物過氧化物太陽能電池。
與基於晶體硅的商業太陽能電池相比，它們的主要優勢在於從溶液中沉積光活性層的成本低，使能源生產更加便宜，另一方面簡化了印刷技術和卷對卷製造的規模，並能在柔性和可拉伸的表面上製造設備。
然而，這些技術的廣泛採用有幾個障礙。首先，有機太陽能電池的效率仍有很長的路要走，這將需要調整光活性層的組成。在有機太陽能電池中，光到能量的轉換髮生在由供體和受體材料的混合物組成的光活性層中–供體通常是共軛聚合物。
至於過氧化物太陽能電池，它們已經達到了驚人的25.5%的認證效率紀錄，但長期穩定性仍然是一個問題。最近的研究表明，通過用提供有效封裝的電荷提取層覆蓋光活性過氧化物材料，可以改善裝置的穩定性。在其他材料中，這種保護功能可能由共軛聚合物來完成，這使得通過改進其合成來最大限度地提高其質量變得非常重要。
“共軛聚合物有各種重要的應用，促使我們研究如何優化其合成以提高其質量，這將帶來光伏設備的更好性能。我們的研究重點是一種特殊類型的共軛聚合物，它在聚合物鏈中含有異吲哚單元。研究結果表明，在用於合成異吲哚基材料的兩種合成途徑中，斯蒂爾反應應優先於鈴木反應，作為合成的最後一步，”斯科爾技術學院博士生Marina Tepliakova解釋說。
Marina Tepliakova與Skoltech技術總監Keith Stevenson和他們來自RAS化學物理問題研究所的同事一起，合成了一種基於異靛藍的共軛聚合物，這是一種眾所周知的靛藍染料的異構體。該團隊採用了兩種常用於生產基於異靛藍的聚合物的合成途徑：斯蒂爾反應和鈴木縮聚反應。
共軛聚合物是有機材料，通常在其結構中含有交替的供體和受體單元，這就是為什麼它們也被稱為D-A-D-A-D材料。D和A單元被稱為單體，通過各種聚合反應連接成聚合鏈，每一種反應都依賴於單體開始時帶有某些額外的功能團。對於將異吲哚單元作為受體成分的聚合物，有兩條合成路線，Skoltech-IPCP RAS團隊的研究對這兩條路線都進行了研究。
除了上面提到的官能團的區別，這兩種合成途徑在所需的反應條件方面也有所不同。例如，鈴木縮聚工藝要求無機鹼與兩個單體一起存在於不相溶的液體混合物中：水和有機溶劑。單體在各相之間的轉移是由被稱為轉移催化劑的特殊分子促成的。斯蒂爾反應通常發生在一個相中並在高溫下進行。此外，這兩個反應都需要鈀基催化劑。
“我們的第一個觀察結果是，鈴木反應的標準條件與基於異吲哚的單體合成不兼容，”Marina Tepliakova評論說。”使用高效液相色譜法，我們觀察到單體信號分解為一些副產品的三個不同信號，在標準鈴木條件下具有不同的保留時間。這意味着基於異吲哚的單體正在發生不可逆的破壞。所以我們調整了反應條件，直到它們對材料無害為止”。
高效液相色譜法是一種分析技術，它通過在壓力下將混合物泵入填充有吸附劑材料的柱子來識別其中的成分。由於混合物中的每一種化合物都以不同的方式與吸附劑發生作用，因此可以通過其獨特的保留時間來識別，即它需要多長時間才能完成。