聚合物太阳能电池资料研究报告进展

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1、-聚合物类太阳能电池材料的研究进展摘要：本文介绍了几种常见的聚合物太阳电池材料。综述了聚合物太阳电池材料的合成、发展历史和现状，其中对电子给体材料和受体材料两类进行重点详细的描述，并对其应用前景进行了展望。关键词：聚合物；太阳能电池；给体材料；受体材料太阳能是最重要的可再生能源和人类惟一取之不尽的清洁能源。目前利用太阳能最有希望的工具是基于半导体的光生伏打效应直接将太阳能转化为电能的太阳能电池。在过去的十几年中，光伏市场高速增长，前景十分诱人。有机半导体尤其是共轭聚合物是一类很有前途的光伏材料，它们易于制备与纯化，具有柔性，质量轻，可根据需要进行化学修饰，表

2、现出高的开路电压(大于2V)。聚合物太阳能电池一般为三明治夹心结构，由ITO导电玻璃(正极)，聚合物光活性层和Al（负极）组成。当光从某一侧照射活性层时，产生光伏效应形成光电流。自从1992年HeegerA.J.和YoshinoK.两小组各自独立发现，从共轭聚合物向富勒烯存在光诱导电子转移和20世纪90年代建立本体异质结构型以来，聚合物太阳能电池获得了长足的进展，效率达到5%-7%，具有极大的发展潜力，未来的研究重点是开发新型的聚合物光伏材料。.---1．电子给体材料1．1聚苯撑乙烯撑类(PPVs)自从1990年剑桥大学卡文迪许实验室成功合成出PPV(pol

3、y(phenylenevinylene))以来，共轭聚合物在电致发光领域的研究迅速发展起来。最近十几年的研究发现，该类共轭聚合物光伏太阳能电池方面同样有着优异的性能，并且易于合成，性能稳定，与富勒烯构成的本体异质结器件的效率最高。1．2聚噻吩类(PThs)聚噻吩类(PThs)主要是含有长链取代烷基的聚噻吩，比如聚3-丁基噻吩，聚3-己基噻吩和3-辛基噻吩等。其与富勒烯复合构成本体异质结的效率与PPV衍生物相近。1．3聚芴聚芴及其共聚物是一类优异的电致发光材料，当其主链含有芳胺共聚单元后，表现出较强的空穴传导能力。当其与含有苯并噻二唑共聚单元的聚芴(F8BT)

4、构成本体异质结后，表现出了光伏效应。FriendR.H.等详细研究了它们的光物理性质及器件的形态。1．4低能带隙聚合物窄带隙共轭聚合物材料是新型太阳能电池的研究热点。按窄带隙聚合物材料的结构分类，简要总结了不同种类窄带隙共轭聚合物类太阳能电池材料的设计、合成及器件性能，并指出了该研究领域目前还存在的问题和今后发展的方向。【1】.---目前聚合物太阳能电池最常用的电子给体材料是PPVs及PThs，它们的能带隙(EG=2。0eV-2.2eV)不能很好地与太阳发射光谱(最大的光子流量位于1.8eV)匹配。根据能带隙控制工程原理，设计合成出与太阳光谱匹配较好的低能带

5、聚合物(Eg<1.8eV)，能达到提高光富集效率的目的，这一方向越来越受到重视。2001年vanDurenJ.K.J.等首次提出了应用低能带隙聚合物(PTPTB，Fig.2)来扩大光谱响应，提高光子的富集效率。随后SaricifticiN.s.课题组合成出几种低能带隙聚合物分别加入染料和MDMO-PPV以对活性层进行改性2．电子受体材料2．1有机分子受体2．1．1衍生物：及其衍生物是一类强荧光染料，但也可作为光伏材料，当其作受体与PPVs或PThs构成光伏器件时，表现出光伏效果。二酰亚胺研究得较多，比较常用的亚胺有PV，PPEI，EP-PTC及MPP。给体材

6、料相同时，虽然这些亚胺受体与富勒烯相比，效率不及后者大，但却也表现出较大的外部量子效率(EQE)。酸酯是一类液晶材料，具有平面结构及四个吸电子的酯基，是良好的电子传输材料。且溶解性好，与共轭聚合物的相容性好，成膜质量均匀，是一类优良的有机电子受体材料。2．1．2富勒烯及其衍生物：聚合物对光的吸收过程包括光激发下电子．空穴对(即激子).---的产生和光电池两电极对电荷的收集。电荷收集需要电子-空穴对事先分离，半导体材料间具有不同的离解能和电子亲和力会促使激子的分离。【2】C60分子内外表面有60个π电子，组成三维π电子共轭体系L具有很强的还原性电子亲和能(Ea

7、=2.6eV-2.8eV)及三阶非线性光学性质最多可吸收6个电子，是目前最好的受体材料，与PPVs构成的本体异质结的效率也最高。由于未加修饰的C60的溶解性较差，易聚集，与PPVs成膜的质量较差，因此可对C60进行各种各样的修饰。最常用的衍生物为[6，6]-PCBM。2．2聚合物受体材料聚合物受体材料主要有cn-PPV，芳杂环类聚合物和梯形聚合物等。共轭聚合物作为电子受体与有机分子受体相比，具有以下的优点;与给体聚合物的相容性较好，但又有一定的相分离，这样将产生激子分的界面，形成无数个异质结，具有大的有效分离界面。这些聚合物光伏器件的性质与有机小分子受体构成

8、的器件有本质上的不同。后者虽然表现出非常有效的光诱导