咔唑基聚合物太阳能电池材料的研究进展.doc

咔唑基聚合物太阳能电池材料的研究进展 摘 要 聚合物太阳能电池因制备简单、成本低、质量轻等特点，越来越引起学术界的重视并成为研究的热点。首先回顾了聚咔唑衍生物太阳能电池的研究历程，然后对聚咔唑衍生物/PCBM、P3HT/聚咔唑-无机纳米晶等聚咔唑衍生物系列太阳能电池作了重点介绍，最后针对聚咔唑衍生物太阳能电池存在的问题提出了相应的解决方案。 关键词 太阳能电池 聚咔唑衍生物 窄带隙 Research progress of polymer solar cells based on polycarbazole derivatives Abstract Polymer solar cells have attracted much attention with the advantages of simple preparation，low cost and low weight，and become a hot research pot. The paper reviews the research progress of polycarbazole derivatives solar cells，and mainly introduces the series of polycarbazole derivatives solar cells such as PCDTBT/PCBM polycarbazole/derivatives -nanocrystals and so on. At last，some solutions are offered to solve the application problems of polycarbazole derivatives polymer solar cells. Key words solar cells；polycarbazole derivatives; narrow band gap 随着全球对能源需求的日益增加，石油、煤炭、天然气等传统能源已不能满足人类发展的需要。同时，传统能源在开发、利用时所产生的环境污染及温室效应也是人类社会面临的最为紧迫的问题之一。太阳能是绿色环保的能源，分布广泛，不受地域限制，易于收集。 利用太阳能[1]最有效的手段是光伏技术，即将太阳能转变为电能，便于储存和运输。基于无机硅或半导体的光伏电池生产成本非常高, 且在制造的过程中会产生一些剧毒的物质；而聚合物太阳能电池却具有重量轻、可用湿法成膜(旋转涂膜、喷墨打印以及丝网印刷)的廉价大面积制造技术, 以及可制成柔性、特种形状器件等优点。但是目前所开发的聚合物太阳能电池效率普遍都还比较低, 且性能还不稳定, 离商业化还有很长的一段路要走。介绍了以咔唑基窄带隙共轭聚合物作为电子给体太阳能电池及聚咔唑衍生物-无机纳米晶电子受体材料，并对基于聚咔唑衍生物的太阳能电池的前景进行展望。 1 聚咔唑衍生物太阳能电池的研究历程 咔唑类聚合物中，发现最早、研究最充分的聚合物太阳能电池材料是聚乙烯基咔唑(PVK)，它的侧基上带有大的电子共轭体系，可吸收紫外光，激发出的电子可以通过相邻咔唑环形成的电荷复合物自由迁移。常用I2、 SbCl3、 TNF 及TCNQ(硝基二苯乙烯基苯衍生物合四氰醌) 等对其进行掺杂[2]。 1992年， N.S.Sariciftci等[3]在Science上报道了以共轭聚合物为电子给体材料、C60为电子受体材料之间的光诱导电荷转移现象。过程中，当电子给体材料与电子受体材料在复合光的照射下，光诱导产生的电子即转移给受体，而光诱导产生的空穴则转移给给体材料。经实验证实，这一电子转移过程要比光荧光辐射跃迁要快3~4个数量级。这样光生电荷的发光复合就可以被有效地阻止，从而使电荷的分离效率大幅提高。而这种物理现象的发现使共轭聚合物运用于太阳能电池成为可能，与此同时聚合物光电转换器件的效率也有了大幅提高。 2006年，Li[4]等合成得到了一种新的聚咔唑衍生物（PCz，图1-1），以苝四羧酸二酰亚胺（PDI，图1-2）为受体基元，在太阳光谱激发下得到0.6%的光电转化效率。 图 1. PCz : PDI聚合物电池的结构 2007年, Blouin等[5]通过2,7-咔唑与苯并噻二唑的衍生物通过Stille?或Suzuki?偶联聚合得到一种新的聚咔唑衍生物(PCDTBT)。PCDTBT具有高的玻璃化转变温度，良好的溶解性，相对高的分子量和较好的空气稳定性。将PCDTBT与PC61BM—起用氯仿溶解制备传统结构的太阳能电池，获得的电池参数为短路电流JSC=6.92 mA?cm-1,开路电压VOC = 890 mV,填充因子 FF =63%，电池转化效率为3.6%，