异质结型有机太阳能电池材料的最新研究进展_张超智

第５０卷　第２期２０１４年３月南京大学学报（自然科学）ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＮＡＮＪＩＮＧ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮＡＴＵＲＡＬ　ＳＣＩＥＮＣＥＳ）Ｖｏｌ．５０，Ｎｏ．２Ｍａｒ．，２０１４基金项目：江苏省特聘教授科研经费（Ｒ２０１２Ｔ０１），江苏省产学研项目（ＢＹ２０１２０２８），教育部留学回国启动基金（２０１３Ｓ０１０）收稿日期：２０１４－１２－１５＊通讯联系人，Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｚｈｚｈａｎｇ＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍＤＯＩ：１０．１３２３２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｎｊｕ．２０１４．０２．００３异质结型有机太阳能电池材料的最新研究进展张超智＊，李世娟，胡　鹏，沈　丹，张　骁，孙晓飞（南京信息工程大学环境与科学工程学院，南京，２１００４４）摘　要：作为一种低耗、高效的有机光伏器件，异质结型有机太阳能电池具有成本低、重量轻、柔韧性好等优点，已引起国内外的广泛关注．设计并合成性能优良、结构新颖的有机／聚合物电子给体和电子受体材料、提高光电转换率是太阳能电池研发的关键问题之一．本文简要介绍了异质结型有机太阳能电池的特点和工作原理，从聚对苯撑乙烯衍生物、苯并噻吩类以及苯并噻二唑类聚合物三个方面系统地综述了有机太阳能电池给体材料的研究进展．同时，依据有机太阳能电池受体材料的发展历程，较全面阐述了富勒烯衍生物、９，９－联亚芴基衍生物和苝二酰亚胺衍生物三类受体材料的结构特点及其在有机光伏器件中的应用与发展．最后，对异质结型有机太阳能电池发展趋势和应用前景做了展望．关键词：异质结，光电转化率，给体材料，受体材料Ｒｅｃｅｎｔ　ａｄｖａｎｃｅ　ｏｆ　ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌ　ｍａｔｅｒｉａｌｓＺｈａｎｇ　Ｃｈａｏｚｈｉ，Ｌｉ　Ｓｈｉｊｕａｎ，Ｈｕ　Ｐｅｎｇ，Ｓｈｅｎ　Ｄａｎ，Ｚｈａｎｇ　Ｘｉａｏ，Ｓｕｎ　Ｘｉａｏｆｅｉ（Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ，２１００４４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌ　ｈａｓ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　ｄｒａｗｎ　ｇｒｅａｔ　ｉｎｔｅｒｅｓｔ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅｉｒ　ｓｅｖｅｒａｌ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｓｕｃｈａｓ　ｃｈｅａｐ　ｐｒｉｃｅ，ｌｉｇｈｔ　ｗｅｉｇｈｔ，ａｎｄ　ｅａｓｙ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｓｙｎｔｈｅｓｅｓ　ｏｆ　ｏｒｇａｎｉｃ／ｐｏｌｙｍｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｄｏｎｏｒ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ａｃｃｅｐｔｏｒ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ　ｗｉｔｈ　ｎｏｖｅｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｉｓｓｕｅｓ　ｆｏｒ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ，ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ａｎｄｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌ　ｗｅｒｅ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｒｅｐｏｒｔｓ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｒｅｅ　ｓｅｒｉｅｓｏｆ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌ　ｄｏｎｏｒ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ，ｐｏｌｙ－ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ　ｖｉｎｙｌｅｎｅ　ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ，ｂｅｎｚｏｔｈｉｏｐｈｅｎｅ　ｐｏｌｙｍｅｒｓ　ａｎｄｂｅｎｚｏｔｈｉａｄｉａｚｏｌｅ　ｐｏｌｙｍｅｒｓ　ｗｅｒｅ　ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｐｏｐｕｌａｒ　ａｃｃｅｐｔｏｒ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ，ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ　ｄｅ－ｒｉｖａｔｉｖｅｓ，９，９’ＢＦ　ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ　ａｎｄ　ｐｅｒｙｌｅｎｅ　ｄｉｉｍｉｄｅ　ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ，ｗｅｒｅ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌ　ｗｅｒｅ　ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ，ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｄｏｎｏｒ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ａｃｃｅｐｔｏｒ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ南京大学学报（自然科学）第５０卷 随着全球能源需求量的逐年增加，煤炭等传统能源的逐渐耗尽．太阳能作为一种绿色清洁的能源，取之不尽、用之不竭，它的开发与应用越来越受到各国研究者的青睐．无机太阳能电池因原料成本高、生产工艺复杂和半导体材料易腐蚀等不利因素限制了其普及，而有机太阳能电池制备工艺简单、易于实现大面积制造而且成本较低［１］，有望在不久的将来替代无机太阳能电池．与无机太阳能电池材料相比，有机太阳能电池的转换效率比较低、耐久性差．为解决这些问题，科研人员提出了异质结型有机太阳能电池的概念并在此基础上开展了合成新材料、优化结构以及完善理论等方面的研究与探索，为新型高性能有机太阳能电池的材料设计、器件制备提供了良好借鉴［２，３］．１　异质结型有机太阳能电池概述１９８６年，Ｔａｎｇ［４］初次报道了异质结型的有机太阳能电池，同时引入电子给体（ｐ型）／电子受体（ｎ型）有机双层异质结的概念．下面针对异质结型有机太阳能电池的概念及基本原理进行归纳总结．１．１　异质结型有机太阳能电池的基本理论　异质结是指不同半导体材料间两种不同层次或区域之间形成的二维界面，由有机太阳能电池材料形成的异质结即为异质结型有机太阳能电池．异质结型有机太阳能电池分为ｐ－ｎ异质结、混合异质结、本体异质结和级联结构有机太阳能电池．ｐ－ｎ异质结有机太阳能电池的结构为：玻璃／阳极／给体材料／受体材料／金属电极．因给体－受体异质结的存在，光电转换效率较高；混合异质结有机太阳能电池的结构为：玻璃／阳极／给体＋受体混合材料／金属电极．因给体－受体接触界面积增大，激子解离效率提高；本体异质结（ｂｕｌｋ　ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ，ＢＨＪ）有机太阳能电池的结构一般为：ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ∶ＰＳＳ／给体材料∶受体材料／ＬｉＦ／Ａｌ［５］，由给体和受体均匀混合形成其活性层［６］．Ｓｕｎ等［７，８］以多种非共轭柔性链作为连接给体和受体的桥梁，合成了有序的本体异质结有机太阳能电池材料，并制备成光伏器件，依据光电转化机理优化器件，使电池的能量转化效率及其他性能得到提高．到目前为止，它成为构建异质结型有机太阳能电池最有效的体系结构．由两个或两个以上的器件单元串联成的叠层电池为级联电池，可利用不同材料对太阳光谱的吸收范围不同，提高器件效率．１．２　异质结型有机太阳能电池的基本原理　异质结型有机太阳能电池工作原理的核心在于发生在电子给体／电子受体（ｄｏｎｏｒ／ａｃｃｅｐｔｅｒ，Ｄ／Ａ）界面的光致超快电荷转移现象．工作原理主要包含以下４个过程：激子产生、激子扩散、激子解离、自由载流子的收集．光激发有机太阳能电池材料的活化层，产生激子；激子扩散到电子给体（Ｄ）／电子受体（Ａ）的异质结界面便会解离成自由载流子；载流子传输到电极形成光电压．依据以上原理，科研人员对异质结型有机太阳能电池进行了多方面的研究，以使太阳能电池能量转换效率提升、组件寿命延长且制造成本低廉．研究表明：（１）在异质结型有机太阳能电池中，因异质结界面的存在，激子在产生后很短的时间内就能实现电子和空穴的分离而避免复合，显著提高了激子分离效率而有利于光电流的产生．（２）太阳能电池材料的吸收光谱与太阳光谱匹配程度、载流子迁移率和合适的能级水平对于获得高的器件效率至关重要．此外，供体材料的能隙在１．９ｅＶ左右有利于太阳光的吸收［９，１０］．２　异质结型有机太阳能电池材料异质结型有机太阳能电池材料是由电子给体材料和电子受体材料所组成的复合体系，通过选择不同的给体和受体材料，改变两种材料的混合比例，采用不同的共混溶剂以及活性层的热退火处理等过程都可以不同程度地影响到异质结型有机太阳能电池的能量转换效率．２．１　给体材料　异质结型有机太阳能电池的关键部分是活性层，由给体材料和受体材料共混制备而成．典型的受体材料为富勒烯及其衍·６３１·　第２期张超智等：异质结型有机太阳能电池材料的最新研究进展生物材料［１１，１２］．对于给体材料，选择面较广，比如具有共轭结构的多聚物、有机小分子等．其中，以聚对苯撑乙烯、苯并噻吩、苯并噻二唑等给体材料的研究最为广泛．图１　聚对苯撑乙烯衍生物的化学结构Ｆｉｇ．１　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｏｆ　Ｐｏｌｙ（ｐ－ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ　ｖｉｎｙｌｅｎｅ）ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ聚２－甲氧基－５－（２′－乙基）己氧基－对苯撑乙烯（ＭＥＨ－ＰＰＶ）是目前研究最为充分的一类给体材料．Ｗｕｌｄ等［１３］合成了ＭＥＨ－ＰＰＶ，并对其进行研究．研究表明，该聚合物溶解性较好、禁带适中、性能稳定．於黄忠等［１４］以ＭＥＨ－ＰＰＶ为给体材料，ＰＣＢＭ为受体材料进行分析．分析发现，随着ＰＣＢＭ含量的增加，ＭＥＨ－ＰＰＶ传输电荷的能力增强．当ＭＥＨ－ＰＰＶ∶ＰＣＢＭ＝１∶４时，器件活性层形成优良的互穿网络，器件性能最佳．Ｆｒｉｅｎｄ［１５］和Ｈｅｅｇｅｒ［１６］对苯乙烯类聚合物进行研究．Ｆｒｉｅｎｄ以给体ＭＥＨ－ＰＰＶ与受体Ｃ６－ＣＮ－ＰＰＶ共混制备有机太阳能电池，并通过ＴＥＭ、ＳＴＥＭ等方法对其进行研究．研究表明，所制器件表现出很强的光响应：开路电压为０．６Ｖ，外部量子效率高达６％．Ｈｅｅｇｅｒ以ＭＥＨ－ＰＰＶ为给体材料，以ＭＥＨ－ＣＮ－ＰＰＶ为受体材料进行了类似的研究．发现，给受体材料混合时表现出的光电性能比单一材料的高．Ｋｉ－ｅｔｚｋｅ等［１７］以Ｍ３ＥＨ－ＰＰＶ（给体）与ＣＮ－ｅｔｈｅｒ－ＰＰＶ（受体）共混的光伏器件的光电转化率高达１．７％．最近该课题组，使用不同沸点的溶剂或溶剂的混合物调节混合形态，深入研究相应的光物理性能．苯并噻吩（ＢｎＤＴ）具有相当好的稳定性，其结构的对称性和刚性稠芳香体系可以提高电子的离域，分子间的作用力可以提高电荷迁移率［１８］；作为弱给体，它能使所得聚合物维持低的ＨＯＭＯ能级［１９］．Ｙｏｕ等［２０］报道了以苯并噻吩为给体单元，苯并三唑为受体单元的给体－受体共轭聚合物：ＰＢｎＤＴ－ＨＴＡＺ，并以它作为聚合物给体，与受体ＰＣ６０ＢＭ共混形成异质结太阳能电池，对其性能进行研究．随后，刘小锐等［２１］在受体单元ＨＴＡＺ上引入一个强吸电性的氰基（简写６ＣＮＴＡＺ），并与给体单元ＰＢｎＤＴ形成共轭聚合物给体材料，利用ＤＦＴ理论分析了强吸电基团的引入对聚合物给体光物理性质等参数的影响，结果表明：与ＰＢｎＤＴ－ＨＴＡＺ相比，ＰＢｎＤＴ－６ＣＮＴＡＺ具有强而宽的吸收范围．而且，ＰＢｎＤＴ－６ＣＮＴＡＺ表现出更大的开路电压和更好的抗氧化性．Ｚｈｏｕ等［２２］设计合成了小分子：ＤＣＡＯ３ＴＢＤＴ和ＤＲ３ＢＤＴ，并分别以其作为给体材料与ＰＣＢＭ共混制备了异质结型有机太阳能电池．其中以ＤＲ３ＢＤＴ为给体材料的光伏器件的光电转化率高达７．３８％．苯并噻二唑具有较强的吸电子能力、较高的氧化电位和较好的空气稳定性，将其作为电子受体单元，与给体单元形成给体－受体（Ｄ－Ａ）共轭聚合物，应用于异质结太阳能电池中可获得较低的能带隙、较高的光电转换效率［２３］．Ｌｅｃｌｅｒｃ等［２４］以苯并噻二唑作为强吸电子单元与咔唑形成共聚物１，研究发现：以共聚物１作为给体材料，ＰＣ６０ＢＭ为受体材料，制备的异质结型有机太阳能电池器件的能量转换效率高、器件寿命长．Ｑｉｎ等［２５］对共聚物１进行取代，得到聚合物２，并以其为给体材料，ＰＣ７０ＢＭ为受体材料制备的太阳能电池能量转化率为５．４％．若将聚合物２上咔·７３１·南京大学学报（自然科学）第５０卷唑氮原子取代基用芳基取代，发现能量转化效率降低，由此可见咔唑环上烷基供电子链在调节聚合物能带隙中的重要作用［２６］．２０１２年，Ｌｅｅ等［２７］设计了一系列聚合物３，并对其中噻吩单元上烷基对太阳能电池材料性能的进行了研究，结果表明，烷基链的取代位置影响活化层的形貌，而且烷基取代基的引入使能量转化效率降低，无取代基时效率最高．２．２　受体材料　虽然有机光伏电池领域研究较为活跃的是电子给体材料，但大批科研工作者仍致力于研究新型受体材料．因为有机光伏器件光电转换效率的重大突破往往与新型给／受体材料的研究有着密切关系．其中研究最为广泛的受体材料是富勒烯衍生物、９，９－联亚芴基衍生物、苝二酰亚胺衍生物等受体材料．图２　苯并噻吩类聚合物的化学结构Ｆｉｇ．２　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｂｅｎｚｏｔｈｉｏｐｈｅｎｅ　ｐｏｌｙｍｅｒｓ图３　苯并噻二唑类聚合物的化学结构Ｆｉｇ．３　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｂｅｎｚｏｔｈｉａｄｉａｚｏｌｅ　ｐｏｌｙｍｅｒｓ 富勒烯属于缺电子烯，三维共轭的电子结构使得它具有良好的得电子能力和光电传输性能．Ｗｕｄｌ课题组［２８］首次合成了Ｃ６０富勒烯衍生物ＰＣＢＭ，并将其应用于有机太阳能电池中．随后，ＰＣ７０ＢＭ［２９］等一系列与ＰＣＢＭ结构相似的受体材料也相继诞生．此外，一些非ＰＣＢＭ结构的富·８３１·　第２期张超智等：异质结型有机太阳能电池材料的最新研究进展勒烯衍生物受体材料也受到研究人员的关注．２０１０年，李永舫课题组合成了茚的双加成Ｃ６０富勒烯衍生物ＩＣ６０ＢＡ、ＩＣ７０ＢＡ，将其与Ｐ３ＨＴ共混制成光电器件后的光电转换效率分别达到了６．４８％［３０］和５．６４％［３１］．Ｍｅｎｇ等［３２］设计合成了二氢化萘类富勒烯ＮＣ７０ＢＡ，并以其为受体材料，与给体材料Ｐ３ＨＴ共混制备了有机太阳能电池器件．研究发现，ＮＣ７０ＢＡ在可见光区域内有着更强的吸收和更宽的吸收范围，而且相应的光伏器件能量转化率达５．９５％．Ｄｅｎｇ等［３３］合成了新型二氢化萘类富勒烯衍生物受体材料，并针对取代基对该材料制成的光伏器件能量转换效率的影响进行研究．研究发现，双加成物Ｂｉｓ－ＭＤＮＣ在可见光区域具有很强的吸收，以其与Ｐ３ＨＴ共混制成的有机太阳能电池器件中，能量转化率达到了４．５８％．９，９′ＢＦ具有独特的２６π电子芳香结构，由于芴及其衍生物含有一个刚性的平面内联苯单元，因此其热稳定性和化学稳定性都很好．Ｐａｒｋ等［３４］在９，９′ＢＦ的基础上设计合成了新型受体材料ＴＦＢＦ，并将其与Ｐ３ＨＴ共混制备了有机太阳能电池器件，器件能量转化率为０．２６％．图４　富勒烯衍生物的化学结构Ｆｉｇ．４　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ　ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ图５　９９′ＢＦ类衍生物的化学结构Ｆｉｇ．５　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｏｆ　９９′ＢＦ　ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ 苝二酰亚胺类分子具有较大的π－π共轭结构，具有较高的电子迁移率，成为近年来备受关注的异质结型有机太阳能电池受体材料．Ｆａｃ－ｃｈｅｔｔｉ等［３５］在萘二亚胺（ＮＤＩ）基础上，对新型·９３１·南京大学学报（自然科学）第５０卷共聚物Ｐ（ＮＤＩ２ＯＤ－Ｔ２）进行了研究．Ｐ（ＮＤＩ２ＯＤ－Ｔ２）在有机场效应晶体管（ＯＦＥＴ）结构中测量的电子迁移率高达０．８５ｃｍ２／（ｖ·ｓ）．最近，他们以其为受体材料，与给体材料共混制得新型异质结型有机太阳能电池，光电转换效率为４．２％．Ｓｃｈｕｂｅｒｔ等［３６］对两个ＮＤＩ型受体：Ｐ（ＮＤＩ２ＯＤ－Ｔ２）和Ｐ（ＮＤＩ－ＴＣＰＤＴＴ）进行了研究．研究表明：在Ｐ３ＨＴ：ＮＤＩ型聚合物共混制得的异质结型有机太阳能电池中，通过向溶剂二甲苯中加入氰基萘，器件的性能得到明显改善．改善效果Ｐ３ＨＴ：Ｐ（ＮＤＩ－ＴＣＰＤＴＴ）优于Ｐ３ＨＴ：Ｐ（ＮＤＩ２ＯＤ－Ｔ２）．而且在膜形成的早期阶段，通过抑制ＮＤＩ共聚物的聚集，可以获得最佳的纳米形态．若用四氢化萘作溶剂，电池的光电转化率为１．１％．Ｍｉｋｒｏｙａｎｎｉｄｉｓ等［３７］合成了一种新的苝二酰亚胺衍生物受体材料ＰＥＲＩ，将其与给体材料Ｓｅ－ＳＭ共混制得的器件效率达到１．２８％．经过热退火处理后，器件光电转换效率提高到了３．８８％．图６　苝二酰亚胺衍生物的化学结构Ｆｉｇ．６　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｐｅｒｙｌｅｎｅ　ｄｉｉｍｉｄｅ　ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ３　结论与展望近年来，异质结型有机太阳能电池逐渐成为最有前途的光伏器件之一．随着科研人员对新型给／受体材料和新器件结构研究的深入，有机太阳能电池器件的制造成本不断降低、使用寿命和器件光电转化率逐渐提高，异质结型有机太阳能电池成为一种低耗、高效的有机光伏器件，发展潜力巨大．但是离其商业化应用仍有一段距离，这主要是因为异质结型有机太阳能电池存在载流子迁移率低、器件形貌不可有效调控以及器件稳定性差等问题．今后，科研人员应根据异质结型有机太阳能电池光电转化机理，从廉价易得的原料出发，有针对性地设计合成新型材料，复合优化现有的材料体系，提高光电转换率，创造出价廉易得、各项性能优异的新型异质结型有机太阳能电池．致　谢　对所有帮助该论文顺利完成的老师和同学表示诚挚的谢意．·０４１·　第２期张超智等：异质结型有机太阳能电池材料的最新研究进展Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ［１］　Ｈｅ　Ｚ，Ｚｈｏｎｇ　Ｃ，Ｓｕ　Ｓ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｐｏｗｅｒ－ｃｏｎ－ｖｅｒｓｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｉｎ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ　ｕｓｉｎｇ　ａｎｉｎｖｅｒｔｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｎａｔｕｒｅ　Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ，２０１２，６（９）：５９１～５９５．［２］Ｓｅｏ　Ｊ　Ｈ，Ｇｕｔａｃｋｅｒ　Ａ，Ｓｕｎ　Ｙ，ｅｔ　ａｌ．Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｈｉｇｈ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ　ｖｉａ　ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ　ｐｏｌｙｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，２０１１，１３３（２２）：８４１６～８４１９．　［３］Ｌｉ　Ｙ．Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ：ｔｏｗａｒｄ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｅｎｅｒｇｙ　ｌｅｖｅｌｓ　ａｎｄ　ｂｒｏａｄ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ．Ａｃｃｏｕｎｔｓ　ｏｆｃｈｅｍｉｃａｌ　ｒｅｓｅａｒｃｈ，２０１２，４５（５）：７２３～７３３．［４］Ｔａｎｇ　Ｃ　Ｗ．Ｔｗｏ－ｌａｙｅｒ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ｃｅｌｌ．Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９８６，４８（２）：１８３～１８５．［５］Ｄｉｎｇ　Ｋ，Ｄａｉ　Ｌ　Ｘ．Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ－Ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈｓａｎｄ　Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ．Ｗｅｉｎｈｅｉｍ，Ｇｅｒｍａｎｙ：Ｗｉｌｅｙ－ＶＣＨＶｅｒｌａｇ　ＧｍｂＨ，２０１２，６４３～６８３．［６］Ｚｈａｎｇ　Ｊ，Ｄｅｎｇ　Ｄ，Ｈｅ　Ｃ，ｅｔ　ａｌ．Ｓｏｌｕｔｉｏｎ－ｐｒｏｃｅｓｓａｂｌｅｓｔａｒ－ｓｈａｐｅｄ　ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ　ｗｉｔｈ　ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ　ｃｏｒｅ　ａｎｄｄｉｃｙａｎｏｖｉｎｙｌ　ｅｎｄｇｒｏｕｐｓ　ｆｏｒ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ．Ｃｈｅｍ－ｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１０，２３（３）：８１７～８２２．［７］Ｓｕｎ　Ｓ　Ｓ，Ｆａｎ　Ｚ，Ｗａｎｇ　Ｙ，ｅｔ　ａｌ．Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌｅｆｆｅｃｔｓ　ｔｏ　ｃａｒｒｉｅｒ　ｍｏｂｉｌｉｔｙ　ｉｎ　ａ　ＲＯ－ＰＰＶ／ＳＦ－ＰＰＶｄｏｎｏｒ／ａｃｃｅｐｔｏｒ　ｂｉｎａｒｙ　ｔｈｉｎ　ｆｉｌｍ　ｏｐｔｏ－ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅ．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ：Ｂ，２００５，１１６（３）：２７９～２８２．［８］Ｓｕｎ　Ｓ　Ｓ，Ｂｏｎｎｅｒ　Ｃ　Ｅ．Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ　ｉｎ　ｂｏｔｈ　ｓｐａｃｅ　ａｎｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｄｏｍａｉｎｓ．ＳｙｎｔｈｅｔｉｃＭｅｔａｌｓ，２００５，１５４（１）：６５～６８．［９］Ｌｉ　Ｙ，Ｐｕｌｌｅｒｉｔｓ　Ｔ，Ｚｈａｏ　Ｍ，ｅｔ　ａｌ．Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｃｈａｒ－ａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＰＣ６０ＢＭ：ＰＤＤＴＴ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒａｎ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌ．Ｔｈｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＰｈｙｓｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙ　Ｃ，２０１１，１１５（４４）：２１８６５～２１８７３．［１０］Ｍｉｋｒｏｙａｎｎｉｄｉｓ　Ｊ　Ａ，Ｓｈａｒｍａ　Ｇ　Ｄ，Ｓｈａｒｍａ　Ｓ　Ｓ，ｅｔａｌ．Ｎｏｖｅｌ　ｌｏｗ　ｂａｎｄ　ｇａｐ　ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ　ｃｏｐｏｌｙ－ｍｅｒ　ｗｉｔｈ　ＢＦ２－Ａｚｏｐｙｒｒｏｌｅ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｕｎｉｔｓ：ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ａｎｄ　ｕｓｅ　ｆｏｒ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｂｕｌｋ　ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ．Ｔｈｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　Ｃ，２０１０，１１４（３）：１５２０～１５２７．［１１］Ｗａｌｋｅｒ　Ｂ，Ｋｉｍ　Ｃ，Ｎｇｕｙｅｎ　Ｔ　Ｑ，ｅｔ　ａｌ．Ｓｍａｌｌ　ｍｏｌ－ｅｃｕｌｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ－ｐｏｃｅｓｓｅｄ　ｂｕｌｋ　ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ．Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１１，２３（３）：４７０～４８２．［１２］Ｐａｐｐｅｎｆｕｓ　Ｔ　Ｍ，Ｓｃｈｍｉｄｔ　Ｊ　Ａ，Ｋｏｅｈｎ　Ｒ　Ｅ，ｅｔ　ａｌ．ＰＢＣ－ＤＦＴ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｄｏｎｏｒ－ａｃｃｅｐｔｏｒ　ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｓｉｎ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ：ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅｏ－ｒｅｔｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｄａｔａ．Ｍａｃｒｏ－ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，２０１１，４４（７）：２３５４～２３５７．［１３］Ｌｉ　Ｇ，Ｚｈｕ　Ｒ，Ｙａｎｇ　Ｙ．Ｐｏｌｙｍｅｒ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ．ＮａｔｕｒｅＰｈｏｔｏｎｉｃｓ，２０１２，６（３）：１５３～１６１．［１４］彭俊彪，周晓明，於黄忠．不同比例的ＭＥＨ－ＰＰＶ与ＰＣＢＭ共混体系光电池性能研究．物理学报，２００８，５７（６）：３８９８～３９０４．［１５］Ｈａｌｌｓ　Ｊ　Ｊ　Ｍ，Ｗａｌｓｈ　Ｃ　Ａ，Ｇｒｅｅｎｈａｍ　Ｎ　Ｃ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ　ｆｒｏｍ　ｉｎｔｅｒｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ　ｐｏｌｙ－ｍｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｎａｔｕｒｅ，１９９５，３７６：４９８～５００．［１６］Ｙｕ　Ｇ，Ｈｅｅｇｅｒ　Ａ　Ｊ．Ｃｈａｒｇｅ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｉｎ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｗｉｔｈｉｎｔｅｒｎａｌ　ｄｏｎｏｒ／ａｃｃｅｐｔｏｒ　ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｓ．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＡｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，１９９５，７８（７）：４５１０～４５１５．［１７］Ｋｉｅｔｚｋｅ　Ｔ，Ｈ ｒｈｏｌｄ　Ｈ　Ｈ，Ｎｅｈｅｒ　Ｄ．Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｐｏｌ－ｙｍｅｒ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｍ３ＥＨ－ＰＰＶ．Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００５，１７（２６）：６５３２～６５３７．　［１８］Ｌｉａｎｇ　Ｙ，Ｆｅｎｇ　Ｄ，Ｗｕ　Ｙ，ｅｔ　ａｌ．Ｈｉｇｈｌｙ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌ　ｐｏｌｙｍｅｒｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｖｉａ　ｆｉｎｅ－ｔｕｎｉｎｇ　ｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，２００９，１３１（２２）：７７９２～７７９９．［１９］Ｚｈｏｕ　Ｈ，Ｙａｎｇ　Ｌ，Ｓｔｏｎｅｋｉｎｇ　Ｓ，ｅｔ　ａｌ．Ａ　ｗｅａｋｄｏｎｏｒ－ｓｔｒｏｎｇ　ａｃｃｅｐｔｏｒ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｔｏ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｄｅａｌｐｏｌｙｍｅｒｓ　ｆｏｒ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ．ＡＣＳ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｍａ－ｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ，２０１０，２（５）：１３７７～１３８３．　［２０］Ｐｒｉｃｅ　Ｓ　Ｃ，Ｓｔｕａｒｔ　Ａ　Ｃ，Ｙａｎｇ　Ｌ，ｅｔ　ａｌ．Ｆｌｕｏｒｉｎｅｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄ　ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｏｆ　ｍｅｄｉｕｍ　ｂａｎｄｇａｐ　ｙｉｅｌｄｓ　７％ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｉｎ　ｐｏｌｙｍｅｒ－ｆｕｌｌｅｒｅｎｅｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｓｏ－ｃｉｅｔｙ，２０１１，１３３（１２）：４６２５～４６３１．［２１］刘小锐，陈春香，何荣幸等．两种异质结太阳能电池聚合物供体材料的设计与理论性质．化学学报，２０１２，７０（２２）：２３６５～２３７１．［２２］Ｚｈｏｕ　Ｊ，Ｗａｎ　Ｘ，Ｌｉｕ　Ｙ，ｅｔ　ａｌ．Ｓｍａｌｌ　ｍｏｌｅｃｕｌｅｓｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｂｅｎｚｏ［１，２－ｂ：４，５－ｂ′］ｄｉｔｈｉｏｐｈｅｎｅ　ｕｎｉｔ·１４１·南京大学学报（自然科学）第５０卷ｆｏｒ　ｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ－ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ　ｏｒｇａｎｉｃｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｓｏ－ｃｉｅｔｙ，２０１２，１３４（３９）：１６３４５～１６３５１．［２３］和平，李在房，侯秋飞等．苯并噻二唑类有机太阳能电池材料研究进展．有机化学，２０１３，３３（２）：２８８～３０４．［２４］Ｐｅｔｅｒｓ　Ｃ　Ｈ，Ｓａｃｈｓ－Ｑｕｉｎｔａｎａ　Ｉ　Ｔ，Ｋａｓｔｒｏｐ　Ｊ　Ｐ，ｅｔａｌ．Ｈｉｇｈ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ　ｗｉｔｈ　ｌｏｎｇｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｌｉｆｅｔｉｍｅｓ．Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１１，１（４）：４９１～４９４．［２５］Ｑｉｎ　Ｒ　Ｐ，Ｌｉ　Ｗ　Ｗ，Ｌｉ　Ｃ　Ｈ，ｅｔ　ａｌ．Ａ　ｐｌａｎａｒ　ｃｏｐｏｌｙ－ｍｅｒ　ｆｏｒ　ｈｉｇｈ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，２００９，１３１（４１）：１４６１２～１４６１３．［２６］Ｌｉｕ　Ｘ，Ｗｅｎ　Ｗ，Ｂａｚａｎ　Ｇ　Ｃ．Ｐｏｓｔ－ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｔｒｅａｔ－ｍｅｎｔ　ｏｆ　ａｎ　ａｒｙｌａｔｅｄ－ｃａｒｂａｚｏｌｅ　ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ　ｐｏｌｙｍｅｒｆｏｒ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌ　ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ．Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１２，２４（３３）：４５０５～４５１０．［２７］Ｌｅｅ　Ｓ　Ｋ，Ｓｅｏ　Ｊ　Ｈ，Ｃｈｏ　Ｎ　Ｓ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｓｉｄｅｃｈａｉｎ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｎ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｉｎ　ｃｙｃｌｏ－ｐｅｎｔａｄｉｔｈｉｏｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ　ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｓ．Ｔｈｉｎ　ＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ，２０１２，５２０（１６）：５４３８～５４４１．［２８］Ｈｕｍｍｅｌｅｎ　Ｊ　Ｃ，Ｋｎｉｇｈｔ　Ｂ　Ｗ，ＬｅＰｅｑ　Ｆ，ｅｔ　ａｌ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｕｌｌｅｒｏｉｄ　ａｎｄｍｅｔｈａｎｏｆｕｌｌｅｒｅｎｅ　ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ．Ｔｈｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｏｒ－ｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１９９５，６０（３）：５３２～５３８．［２９］Ｗｉｅｎｋ　Ｍ　Ｍ，Ｋｒｏｏｎ　Ｊ　Ｍ，Ｖｅｒｈｅｅｓ　Ｗ　Ｊ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｍｅｔｈａｎｏ［７０］ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ／ＭＤＭＯ－ＰＰＶ　ｂｕｌｋｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ｃｅｌｌｓ．ＡｎｇｅｗａｎｄｔｅＣｈｅｍｉｅ，２００３，１１５（２９）：３４９３～３４９７．［３０］Ｈｅ　Ｙ，Ｃｈｅｎ　Ｈ　Ｙ，Ｈｏｕ　Ｊ，ｅｔ　ａｌ．Ｉｎｄｅｎｅ－Ｃ６０ｂｉｓａｄ－ｄｕｃｔ：ａ　ｎｅｗ　ａｃｃｅｐｔｏｒ　ｆｏｒ　ｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐｏｌｙｍｅｒ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，２０１０，１３２（４）：１３７７～１３８２．［３１］Ｈｅ　Ｙ，Ｚｈａｏ　Ｇ，Ｐｅｎｇ　Ｂ，ｅｔ　ａｌ．Ｈｉｇｈ－ｙｉｅｌｄ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ａｎｄ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆｉｎｄｅｎｅ－Ｃ７０ｂｉｓａｄｄｕｃｔ．Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　Ｍａ－ｔｅｒｉａｌｓ，２０１０，２０（１９）：３３８３～３８９．［３２］Ｍｅｎｇ　Ｘ，Ｚｈａｎｇ　Ｗ，Ｔａｎ　Ｚ，ｅｔ　ａｌ．Ｈｉｇｈｌｙ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄ　ｔｈｅｒｍａｌｌｙ　ｓｔａｂｌｅ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉ－ｈｙｄｒｏｎａｐｈｔｈｙｌ－ｂａｓｅｄ［７０］ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ　ｂｉｓａｄｄｕｃｔ　ｄｅ－ｒｉｖａｔｉｖｅ　ａｓ　ｔｈｅ　ａｃｃｅｐｔｏｒ．Ａｄｖａｎｃｅｄ　ＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１２，２２（１０）：２１８７～２１９３．［３３］Ｄｅｎｇ　Ｌ　Ｌ，Ｆｅｎｇ　Ｊ，Ｓｕｎ　Ｌ　Ｃ，ｅｔ　ａｌ．Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄｄｉｈｙｄｒｏｎａｐｈｔｈｙｌ－Ｃ６０ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ　ａｓ　ａｃｃｅｐｔｏｒｓ　ｆｏｒｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ　ｗｉｔｈ　ｔｕｎａｂｌｅ　ｐｈｏｔｏ－ｖｏｌｔａｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｓｏｌａｒ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄＳｏｌａｒ　Ｃｅｌｌｓ，２０１２，１０４：１１３～１２０．［３４］Ｐａｒｋ　Ｏ　Ｙ，Ｋｉｍ　Ｈ　Ｕ，Ｋｉｍ　Ｊ　Ｈ，ｅｔ　ａｌ．Ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｅｎｅ－９，９′－ｂｉｆｌｕｏｒｅｎｙｌｉｄｅｎｅ　ａｓ　ａ　ｎｏｎ－ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ　ｔｙｐｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ａｃ－ｃｅｐｔｏｒ　ｆｏｒ　Ｐ３ＨＴ－ｂａｓｅｄ　ｂｕｌｋ－ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｐｏｌｙｍｅｒｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ．Ｓｏｌａｒ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｓｏｌａｒ　Ｃｅｌｌｓ，２０１３，１１６：２７５～２８２．［３５］Ｆａｃｃｈｅｔｔｉ　Ａ．Ｐｏｌｙｍｅｒ　ｄｏｎｏｒ－ｐｏｌｙｍｅｒ　ａｃｃｅｐｔｏｒ（ａｌｌ－ｐｏｌｙｍｅｒ）ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｔｏｄａｙ，２０１３，１６（４）：１２３～１３２．［３６］Ｓｃｈｕｂｅｒｔ　Ｍ，Ｄｏｌｆｅｎ　Ｄ，Ｆｒｉｓｃｈ　Ｊ，ｅｔ　ａｌ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ａｇ－ｇｒｅｇａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ａｌｌ－ｐｏｌｙｍｅｒ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ｌｏｗ－ｂａｎｄｇａｐ　ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅｄｉｉｍｉｄｅｃｏｐｏｌｙｍｅｒｓ．Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１２，２（３）：３６９～３８０．［３７］Ｍｉｋｒｏｙａｎｎｉｄｉｓ　Ｊ　Ａ，Ｓｕｒｅｓｈ　Ｐ，Ｓｈａｒｍａ　Ｇ　Ｄ．Ｓｙｎ－ｔｈｅｓｉｓ　ｏｆ　ａ　ｐｅｒｙｌｅｎｅ　ｂｉｓｉｍｉｄｅ　ｗｉｔｈ　ａｃｅｔｏｎａｐｈ－ｔｈｏｐｙｒａｚｉｎｅ　ｄｉｃａｒｂｏｎｉｔｒｉｌｅ　ｔｅｒｍｉｎａｌ　ｍｏｉｅｔｉｅｓ　ｆｏｒｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　Ｍｅｔａｌｓ，２０１０，１６０（９）：９３２～９３８．·２４１·。

基金项目:国家自然科学基金(59983001);作者简介:王彦涛(1979-),男,硕士研究生,主要从事光电功能材料的研究。

聚合物本体异质结型太阳能电池研究进展王彦涛,韦　玮,刘俊峰,张　辉(西安交通大学环境与化学工程学院,西安710049) 摘要:聚合物本体异质结型太阳能电池是一种基于电子给体/受体混合物薄膜的高效率有机光伏器件。

文中介绍了近年来聚合物本体异质结型太阳能电池的最新研究进展,指出了目前存在的问题和今后的发展方向。

关键词:有机太阳能电池;共轭聚合物;异质结随着全球对能源需求的日益增加,石油、煤炭、天然气等传统能源日益枯竭,地球每年吸收的太阳能为5.4×1024J 左右,相当于目前世界上所有可用能源的几万倍。

因此太阳能的利用,尤其是直接利用太阳辐射转变为电能的太阳能电池的应用,特别受人关注。

目前,太阳能电池有很多种,几乎所有商品化的太阳能电池都是由硅或者无机化合物半导体制成,然而其高成本,制造过程当中的毒性和不易柔性加工等缺点,使得人们从上个世纪70年代开始关注有机太阳能电池研制,尤其是共轭聚合物太阳能电池的研究更是近年来研究的一个热点。

这种聚合物电池具有很多独特的性质,如:可提供湿法加工成膜(旋涂、刮涂及丝网印刷等);可制成柔性器件、特种形状器件以及大面积器件;共轭聚合物很容易和其他有机或者无机材料共混而制备杂化器件等等。

目前,纯聚合物太阳能电池光电转换效率大都很低[1],为1%～2%,制约其能量转换效率的主要因素是电池的光谱响应与太阳光地面辐射不匹配、载流子在势场中的迁移率以及载流子的电极收集效率低等。

光诱导电荷转移现象的发现[2,3],使得聚合物太阳能电池的效率有了大幅提高。

如Saricifici 等[4]发现聚2-甲氧基252(22己基己氧基)21,42对苯撑乙烯(MEH 2PPV )与C 60的复合体系中存在光诱导电子转移现象。

利用共轭聚合物作为电子给体材料(D ),有机小分子或者无机半导体作为电子受体材料(A )制成复合薄膜,通过控制相分离的微观结构形成互穿网络,从而在复合体中存在较大的D/A 界面面积,每个D/A 接触处即形成一个异质结,同时D/A 网络是双连续结构的,整个复合体即可被视为一个大的本体异质结,以这种复合体薄膜为活性层的太阳能电池被称为聚合物本体异质结型太阳能电池。

体异质结有机太阳能电池达到的高效率下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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光伏新技术异质结研究报告一、引言随着能源危机和环境污染问题的日趋严重，清洁能源的开发和利用成为全球关注的焦点。

光伏技术作为一种环保、可再生能源的利用方式，正在迅速发展。

然而，传统的光伏电池存在效率低、成本高等问题。

因此，研究新技术成为提高光伏电池效率和降低成本的重要途径之一、本报告将重点介绍光伏新技术异质结的研究进展。

二、光伏新技术异质结的原理光伏新技术异质结是指将不同材料的半导体连接在一起形成界面，用以分离电子和空穴，从而增强光伏效率。

通过在界面处调控能带结构，可以提高光伏电池的光吸收能力和光生电子-空穴对的分离效率。

目前，常用的异质结包括p-n异质结、p-i-n异质结和n-i-p异质结等。

三、光伏新技术异质结的研究进展1.GaAs/Si异质结GaAs/Si异质结是目前研究较为广泛的一种光伏新技术。

由于GaAs 具有较高的光吸收能力和较长的电子寿命，而Si具有较高的导电性和较低的成本，将两者结合可以兼具高效率和低成本的特点。

研究者通过优化界面结构和控制材料厚度，成功地实现了GaAs/Si异质结光伏电池的效率超过30%。

2.增材制造技术在异质结制备中的应用增材制造技术是一种通过逐层堆积材料来制造三维实体的新型制造技术。

该技术可以将不同的材料有序地堆积在一起，实现异质结的制备。

研究者采用增材制造技术制备了柔性的光伏异质结，大大提高了光伏电池的可扩展性和适应性。

3.半导体量子点在异质结中的应用半导体量子点是具有特殊能带结构的纳米材料，具有较高的载流子寿命和较高的光吸收能力。

研究者将半导体量子点引入异质结中，形成量子点异质结，可提高光伏电池的光电转换效率。

目前，量子点异质结的效率已经超过了传统光伏电池，显示出很大的应用潜力。

四、结论光伏新技术异质结是提高光伏电池效率和降低成本的重要途径。

通过调控能带结构和界面特性，可以提高光伏电池的光吸收能力和光生电子-空穴对的分离效率。

GaAs/Si异质结、增材制造技术和半导体量子点在异质结制备中的应用，为光伏新技术异质结的研究提供了重要的理论和实践基础。

有机异质结太阳能电池研究进展有机异质结太阳能电池是一种新型的光电转换器件，由有机半导体材料和无机半导体材料组成。

它具有制备简单、成本低廉、可柔性化和透明化等特点，被广泛认为是未来太阳能电池的发展方向之一、本文将介绍有机异质结太阳能电池的研究进展，包括结构设计、材料选择与优化、性能提升策略以及应用前景等方面。

一、有机异质结太阳能电池的结构设计有机异质结太阳能电池的结构一般由透明导电玻璃基底、有机电子传输层、有机光吸收层、无机电子传输层和金属电极等组成。

其中，有机光吸收层是整个器件的关键部分，它能够吸收光能，并将其转化为电能。

对于结构设计，需要在光吸收层和电子传输层之间形成一个能够有效分离电子和空穴的界面，从而提高光电转换效率。

二、有机异质结太阳能电池的材料选择与优化有机光吸收材料是有机异质结太阳能电池的关键材料之一，其光吸收性能、电子传输性能和稳定性等特性直接影响器件的光电转换效率。

研究人员通过合理选择有机材料，如聚合物、过渡金属配合物和有机-无机杂化材料等，来改善器件的性能。

此外，还可以通过调控材料的分子结构、掺杂和界面改性等手段，进一步提升器件的性能。

三、有机异质结太阳能电池的性能提升策略为了提高有机异质结太阳能电池的光电转换效率，研究人员采取了多种策略。

例如，引入介质层或增加界面的修饰层，可以改善电子传输和光吸收的效果。

同时，采用光谱调控、界面优化和器件结构优化等技术，也能够提高器件的光电转换效率。

此外，还可以通过多接合异质结或向复合材料发展等方法，提高器件的稳定性和可靠性。

四、有机异质结太阳能电池的应用前景综上所述，有机异质结太阳能电池是一种具有广泛应用前景的光电转换器件。

通过不断优化材料选择、结构设计和性能提升策略，有机异质结太阳能电池的光电转换效率和稳定性将得到进一步提高。

预计在未来几年，有机异质结太阳能电池将成为太阳能领域的重要研究方向之一。

第30卷第12期高分子材料科学与工程V o l .30,N o .122014年12月P O L YM E R MA T E R I A L SS C I E N C E A N DE N G I N E E R I N GD e c .2014氟材料在有机太阳能电池中的应用张超智,李世娟,胡 鹏,沈 丹,张 骁,孙晓飞(南京信息工程大学环境科学与工程学院,江苏南京210044)摘要:有机太阳能电池具有成本低㊁质量轻㊁柔韧性好等优点,提高有机太阳能电池的光电转化率和降低成本,开发新型的有机太阳能电池材料一直是研究的重点㊂文中简要介绍了有机太阳能电池的特点㊁工作原理及发展趋势,提出了含氟共轭聚合物在有机太阳能电池给体材料中的研究,重点讨论了含氟苯并噻二唑,含氟苯并三唑及1,5-并噻吩衍生物的研究㊂同时,讨论了含氟物质在界面修饰材料中的应用㊂最后,对含氟共轭聚合物在有机太阳能电池未来的发展做出了展望㊂关键词:有机太阳能电池;本体异质结;光电转化率;含氟共轭聚合物中图分类号:T B 34 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2014)12-0186-05收稿日期:2013-10-14基金项目:江苏特聘教授科研经费(R 2012T 01);江苏省产学研项目(B Y 2012028);教育部留学回国启动基金(2013S 010)通讯联系人:张超智,主要从事有机/聚合物光伏电池材料研究, E -m a i l :c h z h z h a n g@s o h u .c o m 目前,随着能源日益耗竭和环境污染加重,有机太阳能电池已成为研究的热点之一,将太阳能转化为电能也是解决环境污染和能源危机的有效途径之一㊂有机太阳能电池作为太阳能电池研发的重要方向,有着独特的优势:有机半导体材料廉价㊁质轻㊁易加工㊁光伏效应好㊁制备工艺灵活简单[1]㊂然而,有机太阳能电池存在载流子迁移率低㊁结构无序且耐久性差,电池的能量转化率低㊁寿命短等缺点㊂因此,开发新型有机功能材料㊁优化有机光伏器件的结构是有机太阳能电池的研究热点之一㊂性质优良的有机功能材料的研发将有利于提高光伏器件的光电转换效率㊁延长器件寿命㊁降低生产成本㊂含氟材料因氟原子的存在有着优异的物理化学性质,若将其应用到有机太阳能电池的功能材料中,不仅能提高有机太阳能电池的光电转化效率,还能增强电池的耐候性㊂所以,含氟材料将成为有机太阳能电池的重要研究领域之一㊂1 有机太阳能电池概述有机聚合物太阳能电池器件基本结构为:I T O /P E D O TʒP S S /共轭聚合物:富勒烯及其衍生物/L i F/A l ㊂这类太阳能电池称为本体异质结B H J 太阳能电池[2]㊂本体异质结B H J 是指活性层是由给体和受体均匀混合在一起形成的混合膜,这大大增加了给体/受体界面的面积,减小了给体表面与受体表面之间的距离,能在非常短的距离内使得激子得到有效分离,有利于电子与空穴的传输㊂它是到目前为止,构建聚合物太阳能电池最有效的体系结构㊂目前,根据有机太阳能电池的工作原理[3],研究人员对有机太阳能电池进行了多方面的研究,其中以B H J 太阳能电池表现出了较好的性能,在这类电池中富勒烯及其衍生物(如P C 61B M ,P C 70B M )是应用最普遍的受体材料㊂下面主要以性能好的B H J 型太阳能电池为例,从材料的设计和制备角度出发,设计合成以共轭聚合物为电子给体,富勒烯衍生物P C 61B M 为电子受体㊂结合氟原子的特殊性,将其作为吸电子基团引入到共轭聚合物的受体单元中,以调变聚合物的光学带隙和HOMO 能级㊁L UMO 能级,使其与富勒烯受体更好地匹配混溶,形成纳米级的共连续互穿网络㊂此外,活性层与电极之间界面的特性,也是影响B H J 有机太阳能电池性能的重要因素㊂因含氟物质有优异的耐候性㊁耐久性等特性,所以考虑将含氟物质引入二者之间界面修饰层中,使器件性能提高㊂2 含氟共轭聚合物作为给体材料的研究含氟有机分子表现出了一系列独特的功能,如良好的热稳定性和氧化稳定性,抗降解性能强[4],疏水性和疏油性的提高[5]㊂这些特殊的功能与氟原子独特性网络出版时间：2014-12-11 15:46网络出版地址：/kcms/detail/51.1293.O6.20141211.1546.002.html能相关:1)氟是电负性最大的元素;2)氟是最小的吸电子基团㊂因此,含氟共轭材料已在有机场效应晶体管(O F E T)[6]和有机发光二极管(O L E D)[7]中得到探索和应用㊂但是,含氟聚合物在有机太阳能电池中,特别是在本体异质结(B H J)聚合物太阳能电池中的应用却很少[8]㊂要增强聚合物太阳能电池的性能,显著提高光电转化率,需要加强对共轭聚合物的研究㊂为了增加光的吸收,增加短路电流(J s c),共轭聚合物应是低带隙的,但是狭窄的带隙又损害了开路电压(V o c)㊂所以,要使B H J型太阳能电池器件的整体能量转化效率(P C E)提高,需要在带隙尽量低且保持恒定的同时增加开路电压,共轭聚合物的HOMO和L UMO的能级也必须同时下降㊂因此,这要通过在聚合物中添加吸电子基团来实现㊂以聚噻吩衍生物为例,不含缺电子侧基基团的聚噻吩衍生物的HOMO值为-4.76e V㊂当向聚合物骨架中引入含酯基的吸电侧基基团后,衍生物的HOMO值降到了-5.1e V㊂相应的开路电压由原来的0.6V上升到了0.8V[9]㊂2.1含氟苯并噻二唑在有机太阳能电池中的应用目前,采用给体-受体战略研究含氟低带隙聚合物结构的光伏性能是创造新的B H J型太阳能电池聚合物的方法之一㊂含氟苯并噻二唑作为含氟共轭聚合物在B H J型太阳能电池中得到了研究㊂对有机太阳能电池的给体单元与受体单元的特性进行研究,发现 弱(D)-强(A) 的结构是效率最高的[10]㊂2,1,3-苯并噻二唑(B T)作为受体,然后用2个氟原子取代B T单元上的2个氢原子㊂氟取代后,B T 单元苯环上的电子密度降低,所得聚合物的L UMO 和HOMO能级将减少[11]㊂而且,取代前后的聚合物具有相似的尺寸,将不会在相邻单体之间增加额外空间位阻㊂此外,氟化后B T单元两侧的2个烷基化噻吩基单元,可以增加聚合物的溶解度[12,13]㊂将苯[1,2-bʒ4,5-b ]并二噻吩(B n D T)作为给体,首先因为它是弱给体,能使所得聚合物维持低的HOMO能级[14];其次,它具有相当好的稳定性,其结构的对称性和刚性稠芳香体系可以提高电子的离域,分子间的作用力可以提高电荷迁移率[15]㊂最后,将二者聚合,制备了新型给体-受体共轭聚合物:P B n D T-D T f f B T(如F i g.1所示)㊂将P B n D T-D T f f B T与无氟取代的P B n D T-D T B T 进行了实验研究,比较氟取代前后聚合物的各种性能㊂采用密度泛函理论(D F T)可以评估氟原子对P B n D T-D T f f B T光电性质的影响㊂而且,从P B n D T-D T f f B T 的循环伏安图中可以估测它的HOMO和L UMO能量水平㊂若以P B n D T-D T f f B T/P C61B M作为B H J 结构太阳能电池的活性层,进行实验研究[16],结果表明P B n D T-D T f f B T具有高的开路电压为0.91V,相当高的J s c为12.9m A/c m2,而且F F值为0.61,在B H J结构太阳能电池中整体效率为7.2%㊂F i g.1S t r u c t u r e o f P o l y m e r sC o n t a i n i n g B TG r o u p2.2含氟苯并三唑衍生物在有机太阳能电池中的应用为了提高聚合物有机太阳能电池的光电转化率,最近的研究主要集中于开发低带隙分子内电荷转移(I C T)的聚合物㊂虽然,苯并噻二唑是目前应用最成功㊁最广泛的受体,但是用氮原子替换硫原子后,得到的苯并三唑也有独特的优势㊂苯并三唑衍生物(T A Z-基聚合物)具有高的电荷迁移率:首先,其结构中存在3个氮原子,而氮原子中的孤对电子更易向三唑环中转移;其次,它能将增溶的烷基链连接到受体单元主链上,而不是在聚合物的噻吩环上㊂因为连接到聚合物主链的噻吩环上的烷基链可能会导致相邻的单体单元之间的排斥㊂因此,要想在T A Z单元中连接远离聚合物主链的烷基链,需要聚合物主链更多地采用平面构型㊂然而平面度的增加虽然提高了所得聚合物的空穴迁移率和开路电压,但会产生较宽的带隙,导致短路电流降低㊂而且,氮原子上的孤对电子还会减弱其接受电子的能力[17]㊂所以,考虑在聚合物中引入吸电子基团 氟,这样可以在保持带隙宽度下,降低共轭聚合物的HOMO和L UMO的能级,增加其开路电压㊂因为氟原子电负性大且原子半径小,若引入到聚合物主链上,既不会增加任何的空间位阻效应又可以产生一个强的吸电子基团㊂因此,设计合成新型含氟单体-F T A Z,并将其作为受体与作为给体的苯并二噻吩结合,合成了共轭聚合物P B n D T-F T A Z(如F i g.2所示)㊂将P B n D T-F T A Z和P B n D T-H T A Z进行比较,实验发现尽管这2种聚合物之间的唯一区别是苯并三唑单元上的2个氟原子,但P B n D T-F T A Z的效率几乎为P B n D T-H T A Z的2倍㊂这主要是由于氟原子的781第12期张超智等:氟材料在有机太阳能电池中的应用吸电子性,使P B n D T-F T A Z的HOMO能级为0.07 e V,低于非氟化的材料㊂以共轭聚合物P B n D T-F T A Z作为电子给体,富勒烯衍生物P C61B M作为电子受体,应用到B H J结构太阳能电池中[18]㊂实验表明,当活性层的厚度为250n m时,P B n D T-F T A Z/ P C61B M电池的光电转换效率为7.1%,相应的开路电压(V o c)为0.79V,J s c 为12.45m A/c m2,F F值为0.722㊂F i g.2S t r u c t u r e o fP o l y m e r sC o n t a i n i n g T A ZG r o u p2.3含氟1,5-并噻吩衍生物在有机太阳能电池中的应用理想的B H J结构聚合物应在太阳光谱范围内有较宽的吸收㊁高的空穴迁移率㊁与富勒烯相匹配的合适能级和适当的相容性㊂但是,满足所有这些要求的聚合物是很难设计合成的[19]㊂F i g.3S t r u c t u r e o fP o l y m e rP T Ba n d I t sD e r i v a t i v e s将1,5-并噻吩和苯并二噻吩单元交替共聚,可以合成一种新的聚合物,即P T B㊂研究发现,基于B H J 结P T B/P C61B M太阳能电池的光电转化率为4.8%[20],虽然这类太阳能电池的J s c和F F值较高,但是开路电压较小㊂所以,考虑通过改变其结构和电子性能,使其转化率提高,即在P T B聚合物主链的受体单元上引入吸电子基 氟,得到P T B F,聚合物的HOMO能级降低,开路电压显著增加㊂而且氟的引入影响聚合物光谱的吸收和空穴的移动,以及与富勒烯的混溶性等性能㊂混合溶剂制得的薄膜显示出均匀分布的聚合物/富勒烯互穿网络结构,能显著提高太阳能电池的光电转换效率㊂由P T B F/P C61B M复合薄膜制得的太阳能电池,光电转换效率已经超过6%[21]㊂所以,考虑在共轭聚合物中引入氟原子,制备B H J结构太阳能电池的高性能材料,是今后的重点研究方向之一㊂3含氟物质作为界面修饰材料的研究在过去几年中,由于B H J有机太阳能电池有潜力实现低成本的商业化生产,人们越来越重视对有机光伏器件的研究㊂目前的研究主要集中在低带隙吸收材料的合成以及形态控制和设备的稳定性㊂此外,找到合适的电极或是对电极进行适当的修饰也是非常重要的,这样可以无损耗地从吸收层中提取光生电荷载流子㊂对B H J有机太阳能电池来说,给体/受体界面的特性会影响激子的解离效率和器件的开路电压,活性层与金属电极之间的界面也会制约载流子的抽取行为㊂可以考虑在活性层和金属电极之间引入修饰层,改善界面的电接触行为,从而使器件性能提高[22]㊂R e i n h a r d等人,调查了溶液处理的氟化铯(C S F)作为修饰层对聚合物太阳能电池(包括P3H TʒP C B M)性能的影响㊂通过改变氟化铯层在溶液中的固体成分,对其厚度进行了优化㊂电容-电压特性曲线揭示,在开路电压增加相同值时,与未加氟化铯修饰层的器件相比,器件在阴极界面的内置电压有约0.3V的移位㊂通过二次离子质谱仪对C s+和F+离子的垂直分布进行了研究,结果显示在有机层中堆叠的碱性氟化物扩散得快[23]㊂目前报道的B H J有机太阳能电池中,I T O薄膜以其高透光率㊁低电阻的优点被普遍用作器件阳极㊂但是,在对其清洗及后处理时,它的表面形态会受到损害㊂S a i d i等人制造了混合(有机-无机)太阳能电池,并用P A N I和P V D F复合材料的缓冲层对其进行测试㊂他们研究了P A N IʒP V D F复合材料对太阳能电池的性能的影响,器件的光电转换效率是在功率1000 W/m2的AM1.5G的模拟太阳光的照射下进行测试的㊂结果发现,与仅用I T O作为器件阳极的电池相比,以I T O/P A N IʒP V D F作器件阳极的太阳能电池,其光电流和功率转换效率更高[24]㊂B H J层和电极之间电接触的性质对有机太阳能电池性能和稳定性的影响是至关重要的㊂近年来,研究人员对界面修饰材料展开了全面的研究㊂根据偶极电场对B H J结构太阳能电池器件的光伏性能的影响, R a s t o g i对聚合物半导体材料进行了研究[25]㊂他发现,若将具有导向偶极子的P(V D F+T r F E)共聚物薄881高分子材料科学与工程2014年层膜插入在P E D O TʒP S S和P3H TʒP C B M复合物层的界面之间,短路电流和开路电压的提高与极化电压的增加一致㊂偶极子会导致残余的极化电荷产生300V/μm~700V/μm的局部电场㊂电场的存在,可以在P3H T/P C B M界面上增加电荷转移激子解离率,降低了激子的复合几率,并在提高光电流的同时增加了载流子的迁移率㊂在P3H TʒP C B M复合层之间插入极化的P(V D F+T r F E)共聚物膜制成的太阳能电池器件,显示出光电转换性能的改善㊂这主要是由于自由电荷的转移和P3H TʒP C B M复合层处的纳米形态产生的偶极场的屏蔽作用㊂此外,通过混合活性层与金属阴极之间的共轭聚电解质(C P E)层,本体异质结(B H J)太阳能电池的转换效率,可以从5%增加至6.5%,还可提高电子的特性㊂这种方法除了提高聚合物太阳能电池效率外,可以使器件性能改善㊁制造工艺简化,有望实现有机太阳能电池的商业化生产[26]㊂4结论与展望与传统无机太阳能电池相比,B H J结构有机太阳能电池具有结构简单㊁造价低廉㊁质轻易制备等优点[27]㊂但是,光电转化率远不及传统太阳能电池的高,其离在商业渠道上应用还有一段距离㊂所以,科研人员正在完善太阳能电池的设计,开发太阳能电池高性能材料,改善太阳能电池的光电性能,以制造出成本低㊁寿命长㊁光电转换效率高的有机太阳能电池㊂此外,8%的光电转换效率也将是有机太阳能电池大规模商用的临界点,可见含氟共轭聚合物在有机太阳能电池中的重要性㊂经过最近几年的发展,有机太阳能电池在相关科学理论与制造工艺方面,已取得了很大的进展㊂所以,有机太阳能电池有望实现产业化的突破,将成为世界能源中重要的有生力量㊂参考文献:[1]潘吉吉.有机/聚合物太阳能电池材料的合成与性能研究[D].上海:华东理工大学,2013.P a nZ.S y n t h e s i s a n d r e s e a r c h o f o r g a n i c/p o l y m e r i c s o l a r c e l lm a-t e r i a l s[D].S h a n g h a i:E a s t C h i n aU n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h-n o l o g y,2013.[2] D i n g KL,D a i LX.O r g a n i c c h e m i s t r y-b r e a k t h r o u g h s a n dp e r s p e c t i v e s[M].G e r m a n y:W i l e y,2012:643-683.[3] B l o mP W M,M i h a i l e t c h i VD,K o s t e r L JA,e t a l.D e v i c e p h y s-i c s o f p o l y m e r:f u l l e r e n e b u l kh e t e r o j u n c t i o n s o l a r c e l l s[J].A d v.M a t e r.,2007,19:1551-1566.[4] R e i c h e n b⁉c h e rK,Süs sHI,H u l l i g e r J.F l u o r i n e i n c r y s t a le n g i n e e r i n g- t h e l i t t l e a t o mt h a t c o u l d [J].C h e m.S o c.R e v.,2005,34:22-30.[5] P a g l i a r o M,C i r i m i n n aR.N e wf l u o r i n a t e df u n c t i o n a lm a t e r i a l s[J].J.M a t e r.C h e m.,2005,15:4981-4991.[6] O h JH,S u r a r uSL,L e eW Y,e t a l.H i g h-p e r f o r m a n c e a i r-s t a-b l e n-t y p e o r g a n ic t r a n s i s t o r sb a s e do nc o r e-c h l o r i n a t e dn a p h t h a-l e n et e t r a c a r b o x y l i cd i i m i d e s[J].A d v.F u n c t.M a t e r.,2010, 20:2148-2156.[7] B a b u d r i F,F a r i n o l aG M,N a s oF,e t a l.F l u o r i n a t e do r g a n i cm a t e r i a l s f o r e l e c t r o n i c a n d o p t o e l e c t r o n i c a p p l i c a t i o n s:t h e r o l e o f t h e f l u o r i n e a t o m[J].C h e m.C o mm u n.,2007,10:1003-1022.[8] K i mJS,L e eY,L e eJ H,e t a l.H i g h-e f f i c i e n c y o r g a n i cs o l a rc e l l sb a s e do ne n d-f u n c t i o n a l-g r o u p-m od i f ie d p o l y(3-h e x y l t h i o-p h e n e)[J].A d v.M a t e r.,2010,22:1355-1360.[9] Z h a n g M,G u oX,Y a n g Y,e t a l.D o w n w a r d s t u n i n g t h eHOMOl e v e l o f p o l y t h i o p h e n eb y c a r b o x y l a t e s u b s t i t u t i o n f o rh i g ho p e n-c i r c u i t-v o l t a g e p o l y m e r s o l a r c e l l s[J].P o l y m.C h e m.,2011(2):2900-2906.[10] Z h a n g ZG,W a n g J.S t r u c t u r e s a n d p r o p e r t i e s o f c o n j u g a t e d d o-n o r-a c c e p t o r c o p o l y m e r s f o r s o l a r c e l l a p p l i c a t i o n s[J].J.M a t e r.C h e m.,2012,22:4178-4187.[11] Z h o uH,Y a n g L,P r i c eSC,e t a l.E n h a n c e d p h o t o v o l t a i cp e r f o r m a n c eo f l o w-b a n d g a pp o l y m e r sw i t hd e e p L UMOl e v e l s[J].A n g e w.C h e m.,2010,122:8164-8167.[12] P r i c eSC,S t u a r tA C,Y o u W.L o wb a n d g a pp o l y m e r sb a s e do nb e n z o[1,2-b:4,5-bᶄ]d i t h i o p h e n e:r a t i o n a l d e s i g n o f p o l y m e r sl e a d st o h i g h p h o t o v o l t a i c p e r f o r m a n c e[J].M a c r o m o l e c u l e s, 2010,43:4609-4612.[13] Y a n g L,Z h o u H,Y o u W.Q u a n t i t a t i v e l y a n a l y z i n g t h e i n f l u-e n c e o fs i d e c h a i n s o n p h o t o v o l t a i c p r o p e r t i e s o f p o l y m e r-f u l l e r e n e s o l a rc e l l s[J].J.P h y s.C h e m.C,2010,114:16793-16800.[14] Z h o uH,Y a n g L,S t o n e k i n g S,e t a l.A w e a kd o n o r-s t r o n ga c c e p t o r s t r a t e g y t od e s i g n i d e a l p o l y m e r s f o r o r g a n i c s o l a r c e l l s[J].A C SA p p l.M a t e r.I n t e r f a c e s,2010,2:1377-1383. [15] L i a n g Y,F e n g D,W uY,e t a l.H i g h l y e f f i c i e n t s o l a r c e l l p o l y-m e r sd e v e l o p e dv i af i n e-t u n i n g o fs t r u c t u r a l a n de l e c t r o n i c p r o p e r t i e s[J].J.A m.C h e m.S o c.,2009,131:7792-7799.[16] Z h o uH,Y a n g L,S t u a r tAC,e t a l.D e v e l o p m e n t o f f l u o r i n a t e db e n z o t h i a d i a z o l e a sas t r uc t u r a lu n i t f o ra p o l y m e rs o l a rc e l lo f7%e f f i c i e n c y[J].A n g e w.C h e m.,2011,123:3051-3054.[17] M i n J,Z h a n g ZG,Z h a n g S,e t a l.S y n t h e s i s a n d p h o t o v o l t a i cp r o p e r t i e s o fD-Ac o p o l y m e r s b a s e do nd i t h i e n o s i l o l e a n db e n z o-t r i a z o l e[J].M a c r o m o l e c u l e s,2011,44:7632-7638.[18] P r i c eSC,S t u a r tAC,Y a n g L,e t a l.F l u o r i n e s u b s t i t u t e dc o n j u g a t ed p o l y me r o fm e d i u m b a n d g a py i e l d s7%ef f i c i e n c y i n981第12期张超智等:氟材料在有机太阳能电池中的应用p o l y m e r-f u l l e r e n e s o l a rc e l l s[J].J.A m.C h e m.S o c.,2011, 133:4625-4631.[19] R o n c a l i J.M o l e c u l a r e n g i n e e r i n g o f t h e b a n d g a p o fπ-c o n j u g a t e ds y s t e m s:f a c i n g t e c h n o l o g i c a l a p p l i c a t i o n s[J].M a c r o m o l.R a p i dC o mm u n.,2007,28:1761-1775.[20] L i a n g Y,W uY,F e n g D,e t a l.D e v e l o p m e n t o f n e ws e m i c o n d u c t i n gp o l y m e r s f o r h i g h p e r f o r m a n c e s o l a r c e l l s[J].J.A m.C h e m.S o c.,2008,131:56-57.[21] L i a n g Y,F e n g D,W uY,e t a l.H i g h l y e f f i c i e n t s o l a r c e l l p o l y-m e r s d e v e l o p e dv i a f i n e-t u n i n g o f s t r u c t u r a l a n de l e c t r o n i c p r o p-e r t i e s[J].J.A m.C h e m.S o c.,2009,131:7792-7799.[22]徐志杰,梅群波,汤雅芸,等.聚合物/富勒烯太阳能电池器件最新研究进展[J].科学通报,2010,55(26):2557-2569.X uZJ,M e iQ B,T a n g Y Y,e t a l.R e c e n t p r o g r e s so nt h e s t u d i e s o f p o l y m e r/f u l l e r e n e s o l a r c e l l s d e v i c e s[J].C h i n e s eS c i-e n c eB u l l e t i n,2010,55(26):2557-2569.[23] R e i n h a r d M,H a n i s c hJ,Z h a n g Z,e t a l.I n v e r t e do r g a n i c s o l a rc e l l s c o m p r i s i n g as o l u t i o n-p r o c e s s e dc e s i u m f l u o r id ei n te r l a y e r[J].A p p l.P h y s.L e t t.,2011,98:0533031-0533032. [24] S a i d i S,D e r o u i c h eH,M o h a m e dAB.S t r u c t u r a l a n d e l e c t r i c a ls t u d i e s o nP V D F:P A N I c o m p o s i t e t h i n f i l m s a n d t h e i r a p p l i c a-t i o na sb u f f e r l a y e ro nh y b r i ds o l a rc e l l s[J].C o m p o s.I n t e r-f a c e s,2013,20:595-601.[25] R a s t o g iA C.I n t e r f a c i a l p o l y m e r f e r r o e l e c t r i cd i p o l e i n d u c e de-l e c t r i c f i e l d e f f e c t o n t h e p h o t o v o l t a i c p e r f o r m a n c e o f o r g a n i c s o-l a r c e l l s[J].J.V a c.S c i.T e c h n o l.,B,2013,31:04D112-04D112-9.[26] S e o JH,G u t a c k e rA,S u nY,e t a l.I m p r o v e dh i g h-e f f i c i e n c yo r g a n i c s o l a r c e l l sv i a i n c o r p o r a t i o no f ac o n j u g a t e d p o l y e l e c t r o-l y t e i n t e r l a y e r[J].J.A m.C h e m.S o c.,2011,133:8416-8419.[27] L i Y.M o l e c u l a r d e s i g no f p h o t o v o l t a i cm a t e r i a l s f o r p o l y m e r s o-l a rc e l l s:t o w a rd s u i t a b le e l e c t r o n i c e n e r g y l e v e l s a n db r o a da b s o r p-t i o n[J].A c c.C h e m.R e s.,2012,45:723-733.A p p l i c a t i o n s o f F l u o r i n eM a t e r i a l s i nO r g a n i c S o l a rC e l l sC h a o z h i Z h a n g,S h i j u a nL i,P e n g H u,D a nS h e n,X i a oZ h a n g,X i a o f e i S u n(S c h o o l o f E n v i r o n m e n t a lS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g,N a n j i n g U n i v e r s i t y o fI n f o r m a t i o nS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,N a n j i n g210044,C h i n a)A B S T R A C T:O r g a n i c s o l a r c e l lm a t e r i a l sh a v e s e v e r a l a d v a n t a g e s,s u c ha s c h e a pp r i c e,l i g h tw e i g h t,a n de a s y c o m b i n a t i o na n dm o d i f i c a t i o n.I t s a l w a y s a f o c u s o f r e s e a r c h t o d e v e l o p n e ws o l a r c e l l sm a t e r i a l s f o r i m p r o v i n g p o w e r c o n v e r s i o ne f f i c i e n c y a n dd e c r e a s i n g c o s to f o r g a n i c s o l a r c e l l s.I nt h i sa r t i c l e,t h ec h a r a c t e r i s t i c s,t h e w o r k i n gp r i n c i p l e,a n dd e v e l o p i n g t r e n do f t h e o r g a n i c s o l a r c e l l sw e r e i n t r o d u c e d.T h e r e s e a r c ho f f l u o r i n a t e d c o n j u g a t e d p o l y m e r u s e d a s d o n o r o f o r g a n i c s o l a r c e l l sw a s s u g g e s t e d.T h e r e s e a r c h o n f l u o r i n a t e d b e n z o t h i a d i-a z o l e,f l u o r i n a t e db e n z o t r i a z o l ea n d1,5-t h i o p h t h e n ed e r i v a t i v e sw a s m a i n l y d i s c u s s e d.I tw a sd e s c r i b e dt h a t f l u o r i n em a t e r i a l sw e r e a p p l i e d i n i n t e r f a c e o f s o l a r c e l l s.F i n a l l y,p r o s p e c t o f t h e f l u o r i n a t e dc o n j u g a t e d p o l y-m e r i n t h e o r g a n i c s o l a r c e l l sw a s f o r e c a s t e d.K e y w o r d s:o r g a n i c s o l a r c e l l;b u l k-h e t e r o j u n c t i o n;p o w e r c o n v e r s i o ne f f i c i e n c y;f l u o r i n a t e d c o n j u g a t e d p o l y m e r 091高分子材料科学与工程2014年。

《基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能研究》篇一一、引言随着全球能源需求的日益增长和环境污染的日益严重，开发高效、清洁、可持续的能源转化技术显得尤为重要。

其中，光催化制氢技术因其在太阳能转换利用中的高效性，被认为是解决能源和环境问题的重要途径。

g-C3N4作为一种具有独特性能的全有机光催化剂，其在光催化制氢领域的应用逐渐受到广泛关注。

本文旨在研究基于g-C3N4的全有机异质结光催化制氢性能，为光催化制氢技术的发展提供理论支持。

二、g-C3N4材料概述g-C3N4是一种具有优异光学性能和化学稳定性的全有机光催化剂，其独特的电子结构和物理性质使其在光催化制氢方面具有广泛应用。

g-C3N4主要由碳和氮元素组成，合成过程简单且环保，是当前光催化制氢领域的热门研究材料。

三、全有机异质结光催化剂设计为了进一步提高g-C3N4的光催化制氢性能，本文设计了一种全有机异质结光催化剂。

该催化剂以g-C3N4为基础，通过与其他有机材料构建异质结结构，从而增强光吸收能力、提高载流子分离效率。

此外，异质结结构还可以有效抑制光生电子和空穴的复合，提高光催化反应的效率。

四、实验方法与过程本文采用多种表征手段对所制备的光催化剂进行性能评估。

首先，通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对催化剂的晶体结构和形貌进行表征。

其次，利用紫外-可见光谱（UV-Vis）和荧光光谱（PL）分析催化剂的光学性能。

最后，通过光催化制氢实验评估催化剂的制氢性能。

实验过程中，我们详细记录了催化剂的制备过程、实验条件及结果。

具体包括前驱体的选择、催化剂的合成方法、光催化制氢实验的操作步骤及结果等。

五、结果与讨论1. 光吸收性能：通过UV-Vis光谱分析，我们发现所制备的全有机异质结光催化剂具有优异的光吸收性能，可有效吸收可见光范围内的光线。

2. 载流子分离效率：PL谱图显示，与纯g-C3N4相比，全有机异质结光催化剂的载流子分离效率得到显著提高。

有机异质结太阳能电池研究进展谢小银潘高峰*刘冠辰李祥（吉林化工学院化工与材料工程学院吉林吉林132022）摘要：本文主要综合论述了有机异质结的理论基础，着重介绍新型光伏材料中的有机异质结的工作机理以及该领域的研究进展，为今后研究有机太阳能电池提供一定的思路。

关键词：有机异质结; 太阳能电池近年来，全球变暖，煤炭石油和天然气等化石能源的日趋枯竭，使得能源安全气候变化问题倍加突出。

以硅等半导体材料作为太阳能电池以其高效、清洁等优势为解决这些问题提供可能性，但是由于硅基太阳能电池在生产制造过程中高耗能、高污染又会给环境和社会带来了新的压力。

为了能彻底解决这些问题，科学家提出了有机异质结薄膜太阳能电池的概念并在此基础上开展大量的研究和探索，同时取得了许多突破性的进展[1-3]。

据测算，薄膜太阳能电池的制造成本只有单晶硅太阳能电池的1/5~1/10,且生产工艺简单，未来前景十分广阔。

1. 有机异质结的特性异质结是指不同半导体材料间两种不同层次或区域之间形成的二维界面，由有机半导体材料形成的异质结即为有机异质结。

由于构成异质结的有机半导体材料各自的带隙宽度、功函数的不同，这两种半导体材料分别被称作电子供体和受体半导体。

两种材料分子之间由于界面的存在而表现出很弱的分子间作用的同时也导致有机异质结呈现出不同于无机半导体的一些特性，如量子阱效应和电子迁移率发生变大：1.1 量子阱效应：电子在移动的过程中，由于异质结界面的能阶较低，且空间宽度极小，因而会被限制在界面所在二维曲面上。

由此，电子的基本特性会发生改变，例如：能带分裂而导致能级量子化、基态能量增加、以及能态密度改变等，其中能态密度与能阶分布，是决定电子特性很重要的因素。

1.2 迁移率(Mobility)变大：在半导体中，自由电子主要是由所掺杂材料的分子提供，因此在一般的半导体晶格中，自由电子的运动方向和速度会受到杂质分子或者晶格的碰撞而受到影响和限制。

然而在异质结结构中，杂质分子处于界面两侧，而自由电子则被限制在界面上，因此在空间上，自由电子是独立而不受其他分子或晶格的影响所以其迁移率就可以大大增加。

分类号：TM914.4 单位代码：10183研究生学号：2006511020密 级：公 开吉 林 大 学博士学位论文新型结构异质结太阳能电池的研究Study on heterojunction solar cells fabricated by novel structure作者姓名：沈 亮专 业：微电子学与固体电子学研究方向：有机太阳能电池指导教师：陈维友 教授培养单位：电子科学与工程学院2009年5月新型结构异质结太阳能电池的研究Study on heterojunction solar cells fabricated by novelstructure作者姓名：沈亮专业名称：微电子学与固体电子学研究方向：有机太阳能电池指导教师：陈维友教授学位类别：理学博士培养单位：电子科学与工程学院论文答辩日期：年月日授予学位日期：年月日答辩委员会主席：论文评阅人：2未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。

否则，应承担侵权的法律责任。

吉林大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名：日期： 年 月 日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。