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功能材料与器件学报 -./0123 .4 4/1567.123 82690723: 21; ;9<759:
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文章编号! "##$ % &’(’ ) ’##& * #" % #"’+ % #(
高分子 N 富勒烯光伏电池的研究进展
李宝铭，吴洪才，孙建平，高 潮
（西安交通大学电信学院光电技术与太阳能研究所，西安 $"##&E） 摘要! 高分子 N 富勒烯光伏电池是近些年来研究比较广泛的一类新型聚合物光伏器件。本文详细 分析了高分子 N 富勒烯光伏电池的分类及工作原理A 并介绍了以共轭高分子作为电子给体材料A 富勒烯及其衍生物作为电子受体材料的高分子 N 富勒烯光伏电池的研究进展。 关键词：高分子；富勒烯；光伏电池 中图分类号：68E"&D & 文献标识码! 2
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引言
在太阳能、 风能、 氢能、 煤炭汽化等可再生能源
富勒烯， 又称为足球烯， 是一类新型球状分子， 其尺 寸在几十个纳米的范围内。"E+( 年， I>BJB 等采用激 光加热石墨蒸发并在甲苯中形成碳的团簇，首次在 质谱中发现 5K# 和 5$# ， 此后， 研究人员对富勒烯的研 究和应用产生了极大的兴趣 G , % K H 。当材料的尺寸进 （ 入纳米量级 " % "##LM） 其本身具有量子尺寸效 时， 应、 小尺寸效应、 表面效应和宏观量子隧道效应， 因 此富勒烯展现出许多特有的性质， 在有机化学、 无机 化学、 生命科学、 材料科学、 高分子科学、 催化化学、 电化学、超导体与铁磁体等众多学科和应用研究领
中，将太阳能转化为电能的光伏能源是未来最有希 望的能源之一 G " H 。现今应用广泛的单晶硅和多晶硅 等无机光伏电池， 尽管具有较大的光电转换效率， 但 由于生产工艺复杂、成本高、不能大面积成膜等原 因A 使其推广应用受到一定的限制。共
轭高分子材 料由于同时具有良好的加工性和柔韧性及掺杂后优 良的导电性， 以及价格低廉、 可大面积成膜等优点， 因此在光电转换领域具有巨大的潜在应用价值 G ’ H 。
收稿日期! ’##, % #( % #EF 修订日期! ’##, % #$ % "&
（ 作者简介! 李宝铭 "E$$ % ） 男， ， 博士生， 从事有机光电材料及器件的研究 D
’期
李宝铭等S 高分子 $ 富勒烯光伏电池的研究进展
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域具有广阔的前景，并越来越显示出巨大的潜力和 重要的研究及应用价值
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（5A/(B/6C@D5ED637B） （ （ 为激发层，++99: D5@C F &% G F ） H35AC@5IC F D F D6B7C@B7B J37C@B7B） 为 电 子 给 体 材 料， => 为电子受体材料。 从图中可以看出， 在激发层 < +9; 产生的光生激子在双异质结 ++99: $ +;9 和 +;9 $ <=> 处产生分离，可以有效地提高激子的分离 和收集效率。
。
本文对以共轭高分子
作为电子给体材料，富勒烯及其衍生物作为电子受 体材料的高分子 $ 富勒烯光伏电池的分类和工作原 理进行介绍 % 并着重阐述近些年来高分子 $ 富勒烯 光伏电池的发展以及一些最新的研究进展。
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高分子 $ 富勒烯光伏电池的分类
高分子 $ 富勒烯光伏电池在结构上大体可以分 为三种类型：高分子 $ 富勒烯单层结构、高分子 $ 富 勒烯双层结构及高分子 $ 富勒烯多层结构。 图 ’(）为单层结构的高分子 $ 富勒烯光伏电池 示意图。将高分子给体和富勒烯受体按照一定比例 溶解到溶剂中，然后将它们旋涂在带有玻璃衬底的 待溶剂蒸发后， 真空沉积上一层金属作 )*+ 电极上， 为相反电极，这就是高分子 $ 富勒烯单层结构光伏 电池最简单的制作工艺。 同高分子 $ 富勒烯光伏电池的单层结构不同， 双层结构是将高分子和富勒烯依次旋涂到 )*+ 导 电玻璃上，待溶剂蒸发后沉积上一层金属作为相反 电极， 如图 ’,） 所示。在双层结构中，高分子层和富 勒烯层并不是完全分离的，而是在两层之间存在一 个扩散层，此扩散层不仅可以使电荷有效地分离， 而且可以避免当高分子和富勒烯分子的化学相容性 不好时，在界面处产生缺陷，导致载流子过早地复 合 。因此， 高分子 $ 富勒烯光伏电池的双层结构比
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K3LM & N/E1A/1EB 5O 21@/3 F @(CBE D5@C2BE $ O1@@BEB7B0 D65/5J5@/(3A AB@@0 图 & 高分子 $ 富勒烯光伏电池多层结构
P 高分子 $ 富勒烯光伏电池的基本原 理 ! ’> F ’Q #
高分子 $ 富勒烯光伏电池的基本原理同无机半 导体光伏电池类似， 主要是基于半导体 D F 7 结的光 生伏打效应。光伏效应是指在光的照射下，半导体 内部产生的电子 F 空穴对，在静电场的作用下发生 分离，产生电动势的
现象。对于由给体型导电高分 子、 受体型富勒烯组成的光伏电池， 其本质上可认为 和无机半导体光伏电池一样， 存在 D F 7 结 ! ’G # 。导电 高分子由于具有共轭的长链结构，通常作为电子给 （ ； 由于表面原子数 体 R） 富勒烯为典型的纳米微粒， 增多，原子配位不足及高的表面能，很容易吸收电
单层结构具有更好的电荷分离效率。 为了进一步提高高分子 $ 富勒烯光伏电池的性 能，.(/0123 4506375 等 ! 8 # 制备了一种结构为 )*+ $ （ ， ++99: $ +;9 $ <=> $ ?@ 的光伏电池 图 &） 其中 +;9
K3LM ’ N/E1A/1EB0 5O 037L@B F @(CBE (7H H51,@B F @(CBE D5@C2BE $ O1@@BEB7B D65/5J5@/(3A AB@@0 图 ’ 高分子 $ 富勒烯光伏电池单层和双层结构
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功能材料与器件学报
!E 卷
（ 。在光的照射下， 子， 通常作为电子的受体 >） 光生 电子从共轭高分子向富勒烯进行转移，从而产生光 生电动势。高分子 " 富勒烯光伏电池的工作原理可 以表述如下： 过程 ! 电子给体的激发过程 !" # ( ! " # 过程 ( @ ’ > 络合物中激子离域过程 !! " #(!% ? A ! $ # B ! 过程 ? 电荷转移过程 !% ? A ! $ # B ! (!% ? A !! C ’ #! ’ B !
!% ? !% ? !
存在， 在给体 ’ 受体的界面上就会产生电荷转移， 形 成离子自由基， 最终离子自由基分离， 实现光生电子 。需要指出的 从高分子向富勒烯转移 （过程 ? ’ D） 是， 在以上各过程中， 由于驰豫等原因， 过程也可以 向相反的方向进行。
$ 高分子 " 富勒烯光伏电池性能的研 究进展
高分子光伏电池的光电转换效率很低，只有 EF EE!G H EF E!G % 这主要是由于入射光产生的激子 发生衰变复合 # !$ ) 。而 I9F J 等 # !K ) 发现将 LKE 添加到 （ ’ 高分子聚 （( ’ 甲氧基 ’ D ’ (， 乙基己氧基） !% ’ （ 后， 制作得到的给体 ’ 受 $ ’ 苯乙炔） MNO ’ //P） 光电转 体单层结构光伏电池的量子效率高达 (QG ， 换效率也达到 (F QG ， 这表明 LKE 会显著提高激子的 分离和收集效率。此后，研究人员对各种类型高分 表 子 " 富勒烯光伏电池的性能进行了广泛的研究。 ! 为部分高分子 " 富勒烯光伏电池的特性。 自从观察到光诱导产生的电子快速地从高分子 向富勒烯进行转移以来，高分子材料在光伏电池领 域的应用呈现出广阔的发展前景。LF RF S0+,.= 等 # T ) 研究表明光诱导电子转移的时间为飞秒量级，比光 生激子的辐射复合和非辐射复合衰减快三个数量 级，这就为激子分离形成电子 ’ 空穴对提供了时间
过程 $ 离子自由基形成过程 A !! ’ ’ #! ’ B ! (!% ? A ! C ! ’ # ’ ! B 过程 D 电荷分离过程 !% ? A !C! ’ #’!B( !C! ’ #’!
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其中 !， 分别代表激发单重态和三重态。 ?
入射光照射高分子 " 富勒烯光伏电池时，当入 射光能量大于共轭高分子链中 " 电子激发需要的 能量时， 电子就会从成键轨道跃迁到反键轨道， 使电 子给体由基态达到激发态，这就是电子给体的激发 （ 过程 过程 !） 受激发的电子给体非常活泼， 。 极易产 生衰变， 以辐射或非辐射的形式释放出能量， 但是当 存在富勒烯受体分子时，受激发的给体分子同受体 分子之间会形成相对稳定的给体 ’ 受体络合体系， （ 产生激子的离域过程 过程 (） 。由于富勒烯受体的
表 ! 室温下高分子 " 富勒烯光伏电池的特性 # !$% !& ’ (! ) *+,-. ! /012.034.5 16 21-78.0 " 69--.0.:.5 2;131<1-3+4= =.--5 +3 0118 3.82.0+390. 电池结构 >- " LKE " /// " V:W( L+ " MNO ’ //PY /LSM " Z*W >- " MNO ’ //PY /LSM " Z*W >- " M@MW ’ //PY /LSM " /N@W*Y /VV " Z*W >- " M@MW ’ //PY /LSM " Z*W >- " //PY LKE " Z*W >- " LKE " //P " Z*W >- " LKE " /P[ " Z*W L+ " MNO ’ //PY LKE " Z*W >- " \4X " /*/*S " /LSM " Z*W >- " \4X " /*/*S " /LSMY :4-. 0.] " Z*W >- " \4X " /*/*S " //P " /LSM " Z*W >- " \4X " //P " /LSM " Z*W 辐射 A 8U " =8( B !E (E (E !EE !EE EF ! EF ! DE (E TE TE TE TE %VL A #> " =8( B ? ^ !E ’ $ (EEE ’ D&EE &(EE EF !& !F T ( !TEE (QDE ((DE !EEE $QEE &WL APB EF (Q EF T( EF KT EF EE& EF Q$( EF & EF KD EF EED& EF $? EF &( EF D? EF D! EF T! XX ’ ’ ’ EF $D EF $K EF (Q EF $& ’ EF KD EF ?& EF ?( EF ? EF K $. AG B ’ (F Q EF D (F ? ?F ! EF E? EF D EF D (F D EF ! EF $T EF ( ?F E
,期
李宝铭等Z 高分子 5 富勒烯光伏电池的研究进展
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保证， 从而有效地提高了器件的量子效率。 为了提高光伏电池的性能，研究人员探讨了高 分子和富勒烯的类型、 电极材料的选择、 器件的结构 及厚度、环境温度等各个因素对光伏电池性能的影 响。 !" #$%&’()* 等 在 /!0 电极上旋涂一层 123 40! 5 166 界面层，考察了此界面层对高分子 5 富勒
+ ,- .
衍生物薄膜，并且对这种薄膜的光伏性质进行了考 察， 结果表明， 同传统旋涂方法相比， 26# 技术可以 从分子尺度上精确控制薄膜的厚度和结构。另外， （ 制备出了 !" 1I’K 等 + ;- . 采用离子自组装技术 /6#<） 纳米量级尺度的聚对苯乙炔 5 富勒烯光伏电池，并 且对器件的光学性能进行了详细地研究。 此外，6" 2" 69G9$$& 等
+ ;O .
烯光伏电池性能的影响。结果表明，具有 1240! 5 166 界面层的光伏电池除了开路电压有一定的提高 外， 其它性能如短路电流、 填充因子、 转换效率等都 不同程度地降低。这主要是由于界面层的引入增加 了电池内部的串联和并联电阻的原因。同时他们还 研究了器件的厚度和光照强度对电池光伏特性的影 响。 !" 7%’89$%: 等 将 <4<0 = 11> 和 1?0! 作为 （ 作为电子受 给体材料， 富勒烯
衍生物 @AB 和 1@C<）
+ ;; .
对窄带隙高分子 5 富
勒烯光伏器件的性能进行了研究。结果表明这些器 件的光谱响应扩展到了红外区，转换效率得到了有 效地提高。 V" M" V" LG& 4(%$& 等 + ?B . 将窄带隙高分子 1!1!C 作为电子给体材料，1@C< 作为电子受体材 料制备单层结构光伏电池，当入射光波长为 ENB&8 时， 此器件仍然有光电流产生。
体材料制作的光伏电池中， <4<0 = 11> 和 1@C< 单层结构光伏电池的短路电流和开路电压具有最大 值，分别为 ,8# 5 D8; 和 B" E;>。>FGHI8I% 4JGK’&’L 等 + ;? . 利用电流 = 电压关系研究了温度在 ,BB = ?BBM 范围内变化时，高分子 5 富勒烯光伏电池的电 学性质，结果表明短路电流强度随温度的增加而增 加， 而当温度从室温降至 ,BBM 时， 电压从 -NB8> 增 加到 OPB8>。 高分子 5 富勒烯光伏电池的环境稳定性是制约 其广泛应用的一个重要因素。 R$(S$TG($% 等 + ;P . 利 Q" 用 #!U = 7!/U 光谱研究了高分子 5 富勒烯光伏电 池中各组分及其混合物的稳定性和降解过程。分析 表明，高分子在光照有氧条件下具有很快的降解速 率，这是光电导率衰减的主要原因。但是同富勒烯 相混合， 形成电子转移给体 = 受体体系后， 高分子的 + ;N . 稳定性显著提高。
展望
高分子 5 富勒烯光伏电池尽管具备诸多的优点 和诱人的前景， 但较小的光电流和光电转换效率， 较 差的环境稳定性使它的实际应用面临许多问题，还 需要进行大量的研究工作。因此，首先必须从分子 设计的角度出发， 对高分子材料进行分子优化设计， 达到最佳的能隙，从而有效地增加对太阳光谱的响 应范围；其次对高分子 5 富勒烯光伏电池的工作原 理和微观结构进行研究，选择最佳的高分子 5 富勒 烯体系， 对器件的结构进行优化， 使载流子在不同的 相中具有最大的迁移率；再次选择具有适当功函数 的金属电极材料，以达到光伏电池中各部分能级的 匹配， 从而有效地收集光生载流子； 最后优化电池的 表面结构，
使用抗发射膜， 减少电极金属的覆盖面以 获得较大的填充因子和光电流。
参考文献：
+ , . 杨金焕 " 太阳能发电的新时代 + V . " 中国能源Y ,OOPY ,BZ PE = PO" + ; . 6$%HG% 6G%IDIW)DI R" 1’FJ8$%ID [9’)’L’F)GID 8G)$%IGF* + V . " !"##$%& ’()%)*% )% +*,)- +&.&$ / 0.&$#).,1 +2)$%2$Y ,OOOY PZ ?E? = ?E-" + ? . M(’ @9G&S*9(Y M(8G% VGJG&)Y !%I[G)9J 6(KG&)Y !" #$" 6J&)9$*I* G&H [%’[$%)I$* ’W + AB . W(FF$%$&$ = [’FJLI&JF [J%IHI&$ D’&\(SG)$* W’% [9’)’L’F)GID H$LID$* + V . " 3*"#%., *4 0.2#*5*,$2",.# +2)$%2$ 6 7"#$ .%- 8((,)$- !9$5)1&#Y ;BB,Y ;< ] ,; ^ Z ,P-, = ,PO-"
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高分子 N 富勒烯光伏电池的
研究进展
李宝铭，吴洪才，孙建平，高 潮
（西安交通大学电信学院光电技术与太阳能研究所，西安 $"##&E） 摘要! 高分子 N 富勒烯光伏电池是近些年来研究比较广泛的一类新型聚合物光伏器件。本文详细 分析了高分子 N 富勒烯光伏电池的分类及工作原理A 并介绍了以共轭高分子作为电子给体材料A 富勒烯及其衍生物作为电子受体材料的高分子 N 富勒烯光伏电池的研究进展。 关键词：高分子；富勒烯；光伏电池 中图分类号：68E"&D & 文献标识码! 2
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引言
在太阳能、 风能、 氢能、 煤炭汽化等可再生能源
富勒烯， 又称为足球烯， 是一类新型球状分子， 其尺 寸在几十个纳米的范围内。"E+( 年， I>BJB 等采用激 光加热石墨蒸发并在甲苯中形成碳的团簇，首次在 质谱中发现 5K# 和 5$# ， 此后， 研究人员对富勒烯的研 究和应用产生了极大的兴趣 G , % K H 。当材料的尺寸进 （ 入纳米量级 " % "##LM） 其本身具有量子尺寸效 时， 应、 小尺寸效应、 表面效应和宏观量子隧道效应， 因 此富勒烯展现出许多特有的性质， 在有机化学、 无机 化学、 生命科学、 材料科学、 高分子科学、 催化化学、 电化学、超导体与铁磁体等众多学科和应用研究领
中，将太阳能转化为电能的光伏能源是未来最有希 望的能源之一 G " H 。现今应用广泛的单晶硅和多晶硅 等无机光伏电池， 尽管具有较大的光电转换效率， 但 由于生产工艺复杂、成本高、不能大面积成膜等原 因A 使其推广应用受到一定的限制。共轭高分子材 料由于同时具有良好的加工性和柔韧性及掺杂后优 良的导电性， 以及价格低廉、 可大面积成膜等优点， 因此在光电转换领域具有巨大的潜在应用价值 G ’ H 。
收稿日期! ’##, % #( % #EF 修订日期! ’##, % #$ % "&
（ 作者简介! 李宝铭 "E$$ % ） 男， ， 博士生， 从事有机光电材
料及器件的研究 D
’期
李宝铭等S 高分子 $ 富勒烯光伏电池的研究进展
’&8
域具有广阔的前景，并越来越显示出巨大的潜力和 重要的研究及应用价值
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（5A/(B/6C@D5ED637B） （ （ 为激发层，++99: D5@C F &% G F ） H35AC@5IC F D F D6B7C@B7B J37C@B7B） 为 电 子 给 体 材 料， => 为电子受体材料。 从图中可以看出， 在激发层 < +9; 产生的光生激子在双异质结 ++99: $ +;9 和 +;9 $ <=> 处产生分离，可以有效地提高激子的分离 和收集效率。
。
本文对以共轭高分子
作为电子给体材料，富勒烯及其衍生物作为电子受 体材料的高分子 $ 富勒烯光伏电池的分类和工作原 理进行介绍 % 并着重阐述近些年来高分子 $ 富勒烯 光伏电池的发展以及一些最新的研究进展。
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高分子 $ 富勒烯光伏电池的分类
高分子 $ 富勒烯光伏电池在结构上大体可以分 为三种类型：高分子 $ 富勒烯单层结构、高分子 $ 富 勒烯双层结构及高分子 $ 富勒烯多层结构。 图 ’(）为单层结构的高分子 $ 富勒烯光伏电池 示意图。将高分子给体和富勒烯受体按照一定比例 溶解到溶剂中，然后将它们旋涂在带有玻璃衬底的 待溶剂蒸发后， 真空沉积上一层金属作 )*+ 电极上， 为相反电极，这就是高分子 $ 富勒烯单层结构光伏 电池最简单的制作工艺。 同高分子 $ 富勒烯光伏电池的单层结构不同， 双层结构是将高分子和富勒烯依次旋涂到 )*+ 导 电玻璃上，待溶剂蒸发后沉积上一层金属作为相反 电极， 如图 ’,） 所示。在双层结构中，高分子层和富 勒烯层并不是完全分离的，而是在两层之间存在一 个扩散层，此扩散层不仅可以使电荷有效地分离， 而且可以避免当高分子和富勒烯分子的化学相容性 不好时，在界面处产生缺陷，导致载流子过早地复 合 。因此， 高分子 $ 富勒烯光伏电池的双层结构比
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K3LM & N/E1A/1EB 5O 21@/3 F @(CBE D5@C2BE $ O1@@BEB7B0 D65/5J5@/(3A AB@@0 图 & 高分子 $ 富勒烯光伏电池多层结构
P 高分子 $ 富勒烯光伏电池的基本原 理 ! ’> F ’Q #
高分子 $ 富勒烯光伏电池的基本原理同无机半 导体光伏电池类似， 主要是基于半导体 D F 7 结的光 生伏打效应。光伏效应是指在光的照射下，半导体 内部产生的电子 F 空穴对，在静电场的作用下发生 分离，产生电动势的现象。对于由给体型导电高分 子、 受体型富勒烯组成的光伏电池， 其本质上可认为 和无机半导体光伏电池一样， 存在 D F 7 结 ! ’G # 。导电 高分子由于具有共轭的长链结构，通常作为电子给 （ ； 由于表面原子数 体 R） 富勒烯为典型的纳米微粒， 增多，原子配位不足及高的表面能，很容
易吸收电
单层结构具有更好的电荷分离效率。 为了进一步提高高分子 $ 富勒烯光伏电池的性 能，.(/0123 4506375 等 ! 8 # 制备了一种结构为 )*+ $ （ ， ++99: $ +;9 $ <=> $ ?@ 的光伏电池 图 &） 其中 +;9
K3LM ’ N/E1A/1EB0 5O 037L@B F @(CBE (7H H51,@B F @(CBE D5@C2BE $ O1@@BEB7B D65/5J5@/(3A AB@@0 图 ’ 高分子 $ 富勒烯光伏电池单层和双层结构
!?E
功能材料与器件学报
!E 卷
（ 。在光的照射下， 子， 通常作为电子的受体 >） 光生 电子从共轭高分子向富勒烯进行转移，从而产生光 生电动势。高分子 " 富勒烯光伏电池的工作原理可 以表述如下： 过程 ! 电子给体的激发过程 !" # ( ! " # 过程 ( @ ’ > 络合物中激子离域过程 !! " #(!% ? A ! $ # B ! 过程 ? 电荷转移过程 !% ? A ! $ # B ! (!% ? A !! C ’ #! ’ B !
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存在， 在给体 ’ 受体的界面上就会产生电荷转移， 形 成离子自由基， 最终离子自由基分离， 实现光生电子 。需要指出的 从高分子向富勒烯转移 （过程 ? ’ D） 是， 在以上各过程中， 由于驰豫等原因， 过程也可以 向相反的方向进行。
$ 高分子 " 富勒烯光伏电池性能的研 究进展
高分子光伏电池的光电转换效率很低，只有 EF EE!G H EF E!G % 这主要是由于入射光产生的激子 发生衰变复合 # !$ ) 。而 I9F J 等 # !K ) 发现将 LKE 添加到 （ ’ 高分子聚 （( ’ 甲氧基 ’ D ’ (， 乙基己氧基） !% ’ （ 后， 制作得到的给体 ’ 受 $ ’ 苯乙炔） MNO ’ //P） 光电转 体单层结构光伏电池的量子效率高达 (QG ， 换效率也达到 (F QG ， 这表明 LKE 会显著提高激子的 分离和收集效率。此后，研究人员对各种类型高分 表 子 " 富勒烯光伏电池的性能进行了广泛的研究。 ! 为部分高分子 " 富勒烯光伏电池的特性。 自从观察到光诱导产生的电子快速地从高分子 向富勒烯进行转移以来，高分子材料在光伏电池领 域的应用呈现出广阔的发展前景。LF RF S0+,.= 等 # T ) 研究表明光诱导电子转移的时间为飞秒量级，比光 生激子的辐射复合和非辐射复合衰减快三个数量 级，这就为激子分离形成电子 ’ 空穴对提供了时间
过程 $ 离子自由基形成过程 A !! ’ ’ #! ’ B ! (!% ? A ! C ! ’ # ’ ! B 过程 D 电荷分离过程 !% ? A !C! ’ #’!B( !C! ’ #’!
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其中 !， 分别代表激发单重态和三重态。 ? 入射光照射高分子 " 富勒烯光伏电池时，当入 射光能量大于共轭高分子链中 " 电子激发需要的 能量时， 电子就会从成键轨道跃迁到反键轨道， 使电 子给体由基态达到激发态，这就是电子给体的激发 （ 过程 过程 !） 受激发的电子给体非常活泼， 。 极易产 生衰变， 以辐射或非辐射的形式
释放出能量， 但是当 存在富勒烯受体分子时，受激发的给体分子同受体 分子之间会形成相对稳定的给体 ’ 受体络合体系， （ 产生激子的离域过程 过程 (） 。由于富勒烯受体的
表 ! 室温下高分子 " 富勒烯光伏电池的特性 # !$% !& ’ (! ) *+,-. ! /012.034.5 16 21-78.0 " 69--.0.:.5 2;131<1-3+4= =.--5 +3 0118 3.82.0+390. 电池结构 >- " LKE " /// " V:W( L+ " MNO ’ //PY /LSM " Z*W >- " MNO ’ //PY /LSM " Z*W >- " M@MW ’ //PY /LSM " /N@W*Y /VV " Z*W >- " M@MW ’ //PY /LSM " Z*W >- " //PY LKE " Z*W >- " LKE " //P " Z*W >- " LKE " /P[ " Z*W L+ " MNO ’ //PY LKE " Z*W >- " \4X " /*/*S " /LSM " Z*W >- " \4X " /*/*S " /LSMY :4-. 0.] " Z*W >- " \4X " /*/*S " //P " /LSM " Z*W >- " \4X " //P " /LSM " Z*W 辐射 A 8U " =8( B !E (E (E !EE !EE EF ! EF ! DE (E TE TE TE TE %VL A #> " =8( B ? ^ !E ’ $ (EEE ’ D&EE &(EE EF !& !F T ( !TEE (QDE ((DE !EEE $QEE &WL APB EF (Q EF T( EF KT EF EE& EF Q$( EF & EF KD EF EED& EF $? EF &( EF D? EF D! EF T! XX ’ ’ ’ EF $D EF $K EF (Q EF $& ’ EF KD EF ?& EF ?( EF ? EF K $. AG B ’ (F Q EF D (F ? ?F ! EF E? EF D EF D (F D EF ! EF $T EF ( ?F E
,期
李宝铭等Z 高分子 5 富勒烯光伏电池的研究进展
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保证， 从而有效地提高了器件的量子效率。 为了提高光伏电池的性能，研究人员探讨了高 分子和富勒烯的类型、 电极材料的选择、 器件的结构 及厚度、环境温度等各个因素对光伏电池性能的影 响。 !" #$%&’()* 等 在 /!0 电极上旋涂一层 123 40! 5 166 界面层，考察了此界面层对高分子 5 富勒
+ ,- .
衍生物薄膜，并且对这种薄膜的光伏性质进行了考 察， 结果表明， 同传统旋涂方法相比， 26# 技术可以 从分子尺度上精确控制薄膜的厚度和结构。另外， （ 制备出了 !" 1I’K 等 + ;- . 采用离子自组装技术 /6#<） 纳米量级尺度的聚对苯乙炔 5 富勒烯光伏电池，并 且对器件的光学性能进行了详细地研究。 此外，6" 2" 69G9$$& 等
+ ;O .
烯光伏电池性能的影响。结果表明，具有 1240! 5 166 界面层的光伏电池除了开路电压有一定的提高 外， 其它性能如短路电流、 填充因子、 转换效率等都 不同程度地降低。这主要是由于界面层的引入增加 了电池内部的串联和并联电阻的原因。同时他们还 研究了器件的厚度和光照强度对电池光伏特性的影 响。 !" 7%’89$%: 等 将 <4<0 = 11> 和 1?0! 作为 （ 作为电子受 给体材料， 富勒烯衍生物 @AB 和 1@C<）
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对窄带隙高分子 5 富
勒烯光伏器件的性能进行了研究。结果表明这些器 件的光谱响应扩展到了红外区，转换效率得到了有 效地提高。 V" M" V" LG& 4(%$& 等 + ?B . 将窄带隙高分子 1!1!C 作为电子给体材料，1@C< 作为电子受体材 料制备单层结构光伏电池，当入射
光波长为 ENB&8 时， 此器件仍然有光电流产生。
体材料制作的光伏电池中， <4<0 = 11> 和 1@C< 单层结构光伏电池的短路电流和开路电压具有最大 值，分别为 ,8# 5 D8; 和 B" E;>。>FGHI8I% 4JGK’&’L 等 + ;? . 利用电流 = 电压关系研究了温度在 ,BB = ?BBM 范围内变化时，高分子 5 富勒烯光伏电池的电 学性质，结果表明短路电流强度随温度的增加而增 加， 而当温度从室温降至 ,BBM 时， 电压从 -NB8> 增 加到 OPB8>。 高分子 5 富勒烯光伏电池的环境稳定性是制约 其广泛应用的一个重要因素。 R$(S$TG($% 等 + ;P . 利 Q" 用 #!U = 7!/U 光谱研究了高分子 5 富勒烯光伏电 池中各组分及其混合物的稳定性和降解过程。分析 表明，高分子在光照有氧条件下具有很快的降解速 率，这是光电导率衰减的主要原因。但是同富勒烯 相混合， 形成电子转移给体 = 受体体系后， 高分子的 + ;N . 稳定性显著提高。
展望
高分子 5 富勒烯光伏电池尽管具备诸多的优点 和诱人的前景， 但较小的光电流和光电转换效率， 较 差的环境稳定性使它的实际应用面临许多问题，还 需要进行大量的研究工作。因此，首先必须从分子 设计的角度出发， 对高分子材料进行分子优化设计， 达到最佳的能隙，从而有效地增加对太阳光谱的响 应范围；其次对高分子 5 富勒烯光伏电池的工作原 理和微观结构进行研究，选择最佳的高分子 5 富勒 烯体系， 对器件的结构进行优化， 使载流子在不同的 相中具有最大的迁移率；再次选择具有适当功函数 的金属电极材料，以达到光伏电池中各部分能级的 匹配， 从而有效地收集光生载流子； 最后优化电池的 表面结构， 使用抗发射膜， 减少电极金属的覆盖面以 获得较大的填充因子和光电流。
参考文献：
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