新型有机太阳能电池材料活性层聚合物制备方法、原理与性能.pdfVIP

新型有机太阳能电池材料活性层聚

合物制备方法、原理与性能

新型有机太阳能电池材料活性层聚合物制备方法、原理与性能

摘要：有机光伏技术为太阳能的有效利用提供了一条重要途径，提高有机太阳能电池的

光电转换效率是目前乃至未来的研究重点设计和合成适合的窄带

隙的共轭聚合物是提高有机太阳能电池光电转化效率的核心，本文对电子给体与电子受体

两大类聚合物光伏材料进行了详细的描述，并阐述了进一步发展的研究重点、发展趋势及

前景。

关键词：共轭聚合物；太阳能电池；活性层；光电转换

1.绪论

在科技社会高速发展的今天，能源问题一直是人类普遍关注的重大挑战。太阳的核聚

变至少还要持续50亿年，从人类角度看，这几乎是取之不尽用之不竭的。由此，太阳能

作为一种优良的可持续发展能源得到科学界的普遍关注。

有机聚合物的太阳能电池与硅基太阳能电池相比有这优势互补的作用，不需要再做成

板状的结构，可以做成一系列的柔性设备，重量轻，工艺也比较简单，成本相对硅基太阳

能电池也较低。其存在的最大问题是相对硅基聚合物转化率不高，因此如何提高有机和聚

合物光伏材料的转化率，合成新的有机和聚合物光伏材料，是现在我们比较关注的也急需

解决的问题。

无机太阳电池的电流产生方式基本研究成熟，而有机太阳电池电流的产生方式基本借

/

鉴了前者。目前报道的有机高分子光伏材料和器件中并未得到完全优化，因此有机光伏电

池的能量转化率（小于7%）相比于无机光伏电池（大于10%）要低得多，这一点并不

奇怪。

2.有机太阳能电池结构

/BHJ

第三代有机高分子光伏电池称为“体异质结”或电池。这些电池在制作时将施

/

主（如施主型共轭高分子）和受主（如富勒烯）充分混合。这种方式使施主受主界面（及

相应的电荷分离点）在体材料各处随机分布，从而使激子更能方便地到达界面，离解成载

流子（尽管有一些区域的尺寸仍大于AEDL）。

目前广泛使用的OPV电池器件是体相异质结有机太阳能电池，该器件主要

1ITO2

由以下几个部分构成：（）透明氧化电极，通常使用铟锡氧化物，；（）空

穴传输层，主要目的是提高活性层与ITO电极之间的接触以及空穴的传输通常使用聚乙撑

PEDOTPSS）3

二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐的混合物（:;（）活性层

4

主要负责光能向电能的转化通常是由给体聚合物和受体富勒烯材料组成；（）

LiFTiO5

电子传输层，主要目的是增加光子的吸收以及电子的传输，通常使用和x；（）

LiF/AlAl/Ca

金属电极，通常是一些具有较低功函数的金属，例如：，

3.活性层光电转换机制

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一般而言，有机聚合太阳电池的光电转换过程有如下四个步骤：