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串型聚合物太阳能电池特色是光谱匹配的低带隙聚合物 图表1b呈现了PBDTT-DPP和聚三己基噻吩（P3HT，Eg≈1.9eV）在固体状态时的紫外可见吸收光谱以及太阳辐射光谱。PBDTT-DPP的吸收起始端在858nm处，这也意味着其光学禁带为1.44eV。当我们将PBDTT-DPP和P3HT（大多数被用作前置电池材料）的吸收光谱作一比较时，可以发现两种材料的重叠部分较少，这也意味着这两种材料通过互补的方式使其所覆盖的太阳光谱范围为350~850nm，因此对于构建串型结构形成了好的匹配。图表1c表明，PBDTT-DPP重复单元LUMO能级的电子密度几乎完全集中在DPP单元上，而HOMO能级更加均匀的分布在整个π-共轭体系中（可以通过量子化学计算法对PBDTT-DPP和PBDT-DPP的带隙、HOMO/LUMO进行估计，详细内容见以下信息）。通过循环伏安法测得PBDTT-DPP的HOMO和LUMO能级分别为-5.30和-3.63eV，PBDT-DPP的HOMO和LUMO能级分别为-5.16和-3.51eV。通过循环伏安法确定的能带隙（~1.6eV）比紫外可见吸收光谱测得的值要高（~1.4eV），可能是由于在用循环伏安法测量的过程中聚合物薄膜与电极之间的壁垒或者是由于在光学和电化学测量过程中产生了不同的激子束缚能（具体细节见图表S1）。PBDTT-DPP获得具有更深的HOMO能级，当其与PC71BM结合形成的异质结器件具有较高的Voc。PBDTT-DPP和PC71BM之间的LUMO能级差值略高于给体和受体界面之间有效电荷分离的最小值~0.3eV（PC71BM的LUMO能级为-4.0eV）。我们将这些归咎于噻吩基团与BDT单元上的烷氧基相比较有较弱的给电子特性（最近在其他聚合物体系中也发现了类似的影响）。通过研究发现PBDTT-DPP的分子质量为40.7kDa，而PBDT-DPP的分子质量仅为8.5kDa。PBDTT-DPP如此高的分子质量可归咎于其巨大的侧链。 通过利用空间电荷限制电流模型测得器件的J-V曲线，最终得出了PBDT-DPP和PBDTT-DPP的空穴迁移率（见所提供的信息）。图表S2提供了通过空间电荷限制电流模型测得的J-V曲线，从图中可以得知PBDTT-DPP和PBDT-DPP的空穴迁移率分别为3.1*10-4和6.6*10-5cm2V-1s-1。正如X-射线衍射表明，PBDT-DPP和PBDTT-DPP的内分子组装间距相似（见图表S3），而PBDTT-DPP较高的空穴迁移率可能由于其较高的相对分子质量导致。 单层器件 基于PBDTT-DPP与PC71BM共混构成的常规和反向结构的单层异质结光伏电池，通过优化后发现聚合物：PC71BM的最佳混合比率为1:2，最佳薄膜厚度为~100nm。图表2a展示了基于PBDTT-DPP单电池的光伏性能。我们制备了300多个器件，最佳常规和反向结构器件的测试结果为：Voc≈0.74V，Jsc≈13.5mAcm-2，FF≈65%，PCE达到了6.5%;事实上，90%器件的PCE都超过了6.0%。这一结果与前面所提到的使用低能带隙聚合物PBDT-DPP制备的器件相比较优越了许多。Voc的增加归咎于更深的HOMO能级，Jsc和FF的增加归咎于PBDTT-DPP高的空穴迁移率（PBDTT-DPP：PC71BM（重量比为1:2）混合后的空穴迁移率为2.9*10-4cm2V-1s-1，这一结果已经接近原来的聚合物，同时也进一步的说明了将PC71BM加入到聚合物网络结构中并不影响电荷载流子的迁移，见图表S2）。值得一提的是，与早期的反向有机光伏器件相比较该器件获得了更高FF（65%），这也进一步的表明界面材料具有优越的性能。图表2b展示了相应单结器件的外量子效率，单结器件表现出宽的响应范围（350~850nm），在该范围内平均外量子效率（EQE）为47%，最高量子效率（EQ）为55%。这一结果表明了当使得低能带隙聚合物保持较小的带隙时可以获得较高的性能。 串型器件 我们对基于PBDTT-DPP的串型聚合物太阳能电池进行了详细的研究。在串型结构中，P3HT（高能带隙聚合物）和受体茚-C60二元加合物（IC60BA）作为前置电池材料，PBDTT-DPP和PC71BM作为尾电池材料。这些物质相应的化学结构如图表3a所示。本文中，我们之所以选择反向串型这一结构是由于其具有简单、健全的设备制造工艺以及很好的稳定性。器件结构和相应的能级图谱（如图表3b,c所示）。我们选择纳米氧化锌颗粒作为电子传输材料是因为它们的功函数与受体能够形成很好的匹配，并且ZnO也具有高的电子迁移率。PEDOT：PSS作为P3HT的空穴传输材料，并且选择MoO3作为PBDTT-DPP的空穴传输材料是因为它与聚合物能够形成较好的功