聚合物太阳能电池材料的研究进展

《聚合物太阳能电池材料的研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、课程名称：高等物理化学论文题目：聚合物太阳能电池材料的研究进展姓名：廉萌学号：3112106006聚合物太阳能电池材料的研究进展摘要：聚合物太阳能电池由于成本低廉、轻薄、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。但是，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。影响材料转化效率的因素主要为带隙的控制与出载流子的传输性能。本文介绍了聚合物太阳能电池的工作原理，结构，以及目前常见的几类分子材料，并对其应用现状与前景进行了展示。关键字：聚合物太阳能电池工作原理结构受体材料给体材料1.引言有机太阳能电池，又称有机

2、光伏电池。它是以有机半导体材料作为实现光电转化效应材料的太阳能电池。有机太阳能电池与无机太阳能电池的载流子产生过程不同。有机半导体材料吸收光子产生激子，激子再离解成自由载流子从而产生光电流。一般认为，有机太阳能电池的作用过程由三部分组成：（1）光激发产生激子；（2）激子再给体-受体界面解离；（3）电子和空穴的迁移及其在各自电极的收集，形成电流。其器件的结构图如图1所示：图1-聚合物太阳能电池结构从效率上看，目前的无机太阳能电池虽然早已达到应用标准，实现了产业化，但是发电成本高居不下，因此限制了大规模推广。有机太阳能电池的出现将在不久的将

3、来改变这一现象。因为能够在多种材质表面印制的有机太阳能电池不仅生产成本低，而且有机材料容易制成薄膜，甚至可以将有机薄膜制备在弯曲，乃至可折叠的基片上，便于制作成各种形状。制作方法简单，如可用涂布、喷墨打印等加工技术来制备。有机太阳能电池可广泛应用于通信、建筑、交通、照明等领域。例如用作手机太阳能充电电池；或直接贴在建筑物玻璃幕墙上，用于室内供电；甚至可以装在商店和居室户外的遮阳卷帘棚上，既可以遮阳，又可以供电。用于有机太阳能电池的有机半导体材料的另一个优点就是具有高的吸光效率。且吸收波长范围可通过分子结构的改变来调节，因此通常器件的活性

4、层可以做到很薄，如约不到0.1μm的厚度即可达到光的完全吸收。这也是人们一直对有机分子材料寄予厚望的重要原因之一。有机半导体材料的导电性能使其在制造薄型轻质电池、高分子聚合物电池方面有着极其广阔的应用前景。基于有机半导体材料的有机太阳能电池正在向能量转换效能的提升、器件寿命的延长及发展低成本制造技术的目标前进。一般认为，7%的转换效率是有机太阳能电池大规模商用的临界点。叠层型有机太阳能电池的理论转换效率高达15%。预计今后数年内，有机太阳能电池的能量转换效率可提高至10%以上，并将很快并大规模地进入商品化市场。如美国Konarka科技在

5、德国法兰克福召开的有机半导体技术国际会议（OSC-08）上，该公司首席技术官ChristophBrabec介绍了正在开发之中的有机薄膜太阳能电池的前景，并乐观的表示“有机薄膜太阳能电池的电力转换效率达到20%不存在本质障碍”。本综述将着重介绍有机聚合物光伏材料的研究进展。2聚合物光伏材料聚合物太阳能电池光伏材料主要包括电子给体和电子受体材料二大类,它们构成P/N结或本体异质结为此类电池的正常工作提供了保证。受体材料2.1.1无机半导体纳米晶类受体材料无机半导体纳米晶是一类常见的无机类电子受体。其作为电子受体材料与电子给体形成共混型的D/

6、A型互穿网络结构综合了两种材料的优点,既利用了无机纳米晶载流子迁移率高、化学稳定性好,特别是某些纳米晶在近红外有较强吸收的特点，又保留了聚合物材料良好的柔韧性和可加工性。目前这方面的工作主要集中在对无机纳米晶CdS、Cdse、Zno、TiO2等共混型器件的研究上。Alexi等用以主链含三苯胺的PAPPV作为电子给体,TiO2作为电子受体制作了双层异质结电池。在100mW/cm2(435nm)光照射下,开路电压为0.85V,FF为0.52，能量转换效率达到了39%，目前以ZnO做电子受体的电池的最高能量转换效率为1.60%。人们在提高半导

7、体纳米晶共轭聚合物混合型太阳能电池的性能方面取得了一定的进展，但由于半导体纳米晶在聚合物溶液中的分散性差、容易发生团聚,使得其能量转化效率还难以达到以PCBM作为受体材料的器件的最佳水平。2.1.2有机类受体材料苝酰亚胺及其衍生物具有大的共苯环平面和两个亚胺环结构，因此具有高的电子亲和势，是一类较好的N型材料。当在其可修饰部分(如图2所示)1、6、7、12这4个苝湾(bayregions)及亚胺(imideregions)区域进行其它给、吸电子基团的修饰后,可以很好地调整它的HOMO和LUMO能级,从而使其能够与给体材料的能级进行很好的

8、匹配，提高电池器件的效率。Janssen等首次将苝酰亚胺衍生物作为N型半导体材料，以低聚亚苯基亚乙烯基(OPV)作为P型半导体材料，制备了一类PN交替的共聚物，然而该类材料的电荷传输速率低，光伏器件的开路电