基于聚噻吩衍生物的异质结薄膜太阳能电池

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1、第30卷第2期膜科学与技术Vo1．30No．22010年4月M匮MBRA『E9CIENCE]TECM、j0麟YApr．2010基于聚噻吩衍生物的异质结薄膜太阳能电池甘礼华，赵丽，朱大章，刘明贤，陈龙武(同济大学化学系，上海200092)摘要：近年来聚噻吩衍生物作为电子给体材料的异质结薄膜成为国内外研究的热点．讨论了异质结薄膜太阳能电池的工作原理，重点分析了材料、混合比例、制作工艺等对聚噻吩衍生物异质结薄膜太阳能电池性能的影响，并指出了今后聚噻吩衍生物异质结薄膜太阳能电池的发展方向．关键词：聚噻吩衍生物；异质结薄膜；太阳能电

2、池中图分类号：064文献标识码：A文章编号：1007—8924(2010)02—0104—07由于目前使用的主要能源(煤、油、天然气)的储其绝对数值的大小是当今聚合物半导体基础研究中存量有限，让人们认识到寻求新的可再生能源的迫的一个热门课题．一部分人的理解是在0．4～1．0切性；同时由于传统能源燃烧时产生的co2等废气eV范围内，远大于这些体系中的电子一声子相互作极大地危害了人类生存环境，也使人们逐渐认识到用能(约150meV)．另有实验数据表明，PPV体系无污染能源的重要性．太阳能具有取之不尽、用之不中的激子束缚能在0．

3、05～0．40eV区间，与电子一竭、无污染、使用方便等优点，是一种真正意义上的声子相互作用能及深能级缺陷态的离化能相当．关绿色能源．因此，近年来对太阳能的开发和利用的研于这方面的最新进展，读者可见近期的国际会议论究发展尤为迅速．常用于聚合物光伏电池的材料有文集[．总之，由于聚合物半导体中较强的激子束聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚乙炔以及聚对苯乙炔等．缚能、电子一声子相互作用能及大量电子缺陷态，电其中聚噻吩衍生物具有电导率高、环境稳定性好、成子与空穴问存在一定量的束缚能，当此束缚能足够膜性好、禁带宽度小等优点，是用作光伏电池薄膜

4、的大时光激发元表现为电中性的激子(电子一空穴理想材料．对)．中性元激发的生成及迁移对电流无任何贡献．为了产生光电流，需要在聚合物体内，或者在金属电1聚合物异质结薄膜太阳能电池的基极一聚合物分子层界面处，使这些激子离解成可迁本工作原理移的带电离子(电子和空穴)．在有机小分子或聚合对于由施主型与受主型有机半导体所组成的聚物体内，这些激子的离解有多种机制，可归结为激子合物体系而言，其本质上可以获得像半导体一样的的热电离或自由电离、激子碰撞电离、光致电离、激P—N结⋯1．但与无机硅光电池相比较，聚合物光电子与杂质或缺陷中心相互作用

5、而电离等．此激子离池的载流子生成原理具有相对的复杂性，对于有机化现象及光生载流子现象与无机Ⅲ一V半导体中直小分子光电池和聚合物光电池而言，光诱导产生载接带隙的体系如(GaAs)相类似，但是有机半导体中流子的常规解释是激子离化理论，该理论与无机半的激子离化生成的载流子的迁移率较低，因此容易导体理论解释的主要区别在于无机光电池中光激发成对复合而损失．只有那些没有被复合而迁移到聚所产生的激子束缚能通常较小，在室温下就能有效合物与电极界面的载流子，及扩散到界面附近而被地热离化，而在有机半导体体系中激子束缚能较大，界面的内势场离化的

6、光生激子才对产生光电流有贡收稿日期：2009—02—10；修改稿收到日期：2009—04—07基金项目：国家自然科学基金资助项目(20673076)；上海市科委纳米专项基金(0752nm006)作者简介：甘礼华(1964～)，男，博士，教授，从事光电薄膜和多孔材料的研究．*联系人(ganlh@mail．tongji．edu．cn)第l期甘礼华等：基于聚噻吩衍生物的异质结薄膜太阳能电池·1O5·献．决定聚合物光电池光伏特性的关键是聚合物异(P3OT)L9J、聚(3一十二烷基噻吩)(P3DDT)[9j、聚质结界面性质和光生载流

7、子的迁移率．(3一十二烷基噻吩亚乙烯)(PDDTV)[10]等被广泛在电子给体(donor或D)与电子受体(acceptor用作电子给体材料．其中，P3HT具有规则的结构，或A)界面处的超快速光诱导电荷转移过程，可以有合成步骤简单，有合适的溶解度，带宽适宜且有高的效地提高聚合物光电池的性能．在光照下，给体和受空穴传输率，被认为是电子给体的最好材料之一．体分子被激发至各自的激发态，并发生激发态间的Maher等_1J研究了不同侧基的聚噻吩P3HT、电荷转移．给体中的光生电子可以快速地转移至受P3OT、P3DDT作为电子给体材料

8、，以0的衍生物体，受体中的光生空穴可同样快速地转移至给体．实PCBM(phenylC61butyricacidmethylester)作为受验表明这个转移过程在10I1～10-13s内完成，比体材料来构建双层电池．研究发现侧基的长度会影荧光辐射跃迁快3-4个数量级【3』．这样有效地阻止响聚噻吩衍生物“头