聚合物太阳能电池光伏材料地研究进展

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1、万方数据第2期高分子通报·85·聚合物太阳能电池光伏材料的研究进展田娜，马晓燕’，王毅霏，朱小波，李冬梅(西北工业大学理学院应用化学系，西安710129)摘要：聚合物太阳能电池由于成本低廉、轻薄灵活、光伏材料分子结构的可设计性等优点成为近年来太阳能电池研究与开发的热点。光电转化效率较低一直是制约此类电池商业化的关键问题，丽影响效率的因素包括电池结构、光伏材料的选择、以及电池的组装技术等。本文简要介绍了聚合物太阳能电池的工作原理，对电池光敏层结构的研究进展以及给、受体材料的种类和应用发展现状进行了着重分析，最后从提高电池效率的几个方面展望了聚合物太阳能电池的

2、发展方向。关键词：太阳能电池f光伏材料；工作原理；聚合物光敏层；结构引言太阳能作为一种易于获取、安全、洁净无污染的新能源为人们解决能源危机提供了新的思路。利用太阳能最有效的方式之一是太阳能电池技术，1954年美国贝尔实验室成功研制出效率为6％的实用型单晶硅电池为太阳能电池技术的研究拉开了序幕n~3]。目前已开发和研究的太阳能电池有硅太阳能电池、无机化合物半导体太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机小分子太阳能电池以及聚合物太阳能电池n]。同其它几种太阳电池相比，聚合物太阳能电池具有原料广、成本低、光伏材料可以自行设计合成以及可制备成柔性器件等诸多优点，成为近

3、年来国际上前沿科学的研究热点之一。在聚合物太阳能电池中，我们通常将P型材料称为给体材料(D)，把N型材料称为受体材料(A)。与无机太阳电池相比，聚合物太阳能电池的工作原理虽然也是基于P-N结光生伏打效应[5J]，但当光照射到聚合物电池材料时，光子被吸收后会产生激子(电子一空穴对)而非直接产生载流子(自由电子或空穴)。激子扩散到给体一受体的接触界面后分离为自由电子和空穴，在内建电场的驱动下自由电子通过受体材料通道迁移至阳极，空穴通过给体材料通道迁移至阴极，从而产生光电流口1(如图1所示)。电子图1聚合物太阳能电池原理FigurelPrincipleofpol

4、ymersolarcells基金项目：陕西省自然科学基金重点项目(2009JZ004)；西北工业大学研究生创业种子基金(Z2010079)；作者简介：田娜(1983一)，女，在读硕士。主要方向为聚合物太阳能电池光敏层材料的合成及其性能研究；’通讯联系人：E-mail：mxiao_yana{园nwpll．edu．cn．万方数据奉文将聚合物光敏层结构作为侧重点，综述r电池光敏层结构的发艘现状以及光伏材料的研究进展．并对未米太阳能电池的发展趋势提出展望。聚合物太阳能电池光敏层的结构聚台物太阳能电池由聚合物光敏层，阴阳擞以及部分弼节光的附加屡组成，其中聚合物光敏层

5、的性能对整个电池的性能起着至戈重要的作用，苴结构包括单层结构和异质结捌结构。早期的聚合物太阳能电池是用纯聚音物檗对苯撑L烯(PPV)制备的单层结构器件”1。由于仅禽有一种牛导体材料．光敏屡的光吸收不能很好地覆盖整个太阳光谱，另外单层结构器件的自由载流于浓度鞋低，电子和空穴在同一种材料中传输时的复合几率较大，因此其能赫转换牧率极低。为了解决单层结拘电池能效低的问题．科研T作者将注意力集中于抖质结型聚合物太阳电池的研究与开发上。异质结型结构可分为烈层结构、混合结构“及叠层结构。以下分别概述了儿类异质结型电池。I．1双层结构电池986年．Tang等”1制成了第一

6、十由电于给体CuPc和电子受体PV组成的双层有机薄膜太阳能电池·器件结构为lT【)／cuPc／Pv／Ag．器件效串为I“。此结构作为首例异质结型聚合物太阳能电池，其优点是将内建场存在的结台面与台属电极隔开，形成异质结的D／A界面为激子的离解阱，避免丁激子拄电概上的尖话。由于有机半导体之间的化台键作用，D／A界面的袁面态减少．从而降低了表面态对载流子的陷阱作用．但其效率仍然较低．究其原因主要有：一方面，聚台物材料的光谱吸收和太阳光谱不能很好地匹配．使得在太阳辐射中很大部分的光能不能被器件所吸收产生光澉子；另一方面由于聚合物材料较差的电荷传输能力．很多澈于不能

7、传输到结面而被复台损失掉。典型双尼电池结构如囝2(a)所示““。l2体异质结型聚台物太阳能电池针对D／A烈层结太阳能电池的缺点．Yu等”。。把电子给体MEHPPV(檗2甲氧基5(2。。乙基)己氧基对苯撑乙撑)和电子受体PCBM(6，6一苯摹如，丁酸甲酯)共溶于一个有机溶剂中．然后通过旋潦等方法制成了I)相和A相互相渗透井各自形成网络状连续相的共混薄膜，也就是所谓的体相异质结结构(如图2(b)所示)这种结构克服了双层结构电池D／A接触界面小的缺点，大幅度增大了D／A界面．有嫂地实现r澉子的分离．使其能在各自网络中快速传输，并且电子和空穴也不容易相互接近而复台

8、．太幅度提高了能量转换效率。目2(n)ⅡB$☆％女mm№镕．(b)