聚合物太阳能电池材料常见种类的介绍

　　C60材料及互穿网络结构

　　聚合物对光的吸收过程包括光激发下电子2 空穴对（即激子） 的产生和光电池两电极对电荷的收集。电荷收集需要电子2空穴对事先分离 ，半导体材料间具有不同的离解能和电子亲和力会促使激子的分离。因此 ，用单一聚合物材料制成的器件效率通常都很低 （约 10 - 3 - 10 - 2 %） 。Tang［14 ］ 用酞菁（MPc） 、　红（PTC） 两种不同有机化合物分别作为电子给体和受体研究复合体系的光电器件 ： ITO/ PTC/ CuPc/ Ag ，发现其效率较单一有机半导体光电器件有很大提高。但是有机物接受电子的能力不强 ，电子传输能力也差 ，因而限制了器件效率的进一步提高。C60的使用从很大程度上弥补了这一不足之处。它具有三维共轭结构完美的对称性和小的重组能 ，最多可以接受 6 个电子。相对于共轭聚合物有高的电子亲和势以及较好的电子传输性能 ，是非常理想的电子受体。在 C60中分离激子约需 213 - 213eV［15 ］的能量 ，这在紫外2 可见光范围内是完全可行的。激发态下的 C60和聚合物间的光诱导电荷转移非常迅速 ，在亚皮秒级 ，量子效率几乎与电荷分离效率相同。但实验表明含 C60的双层或多层结构的聚合物材料 （如 PPV［16 ］ ，MEH2PPV［17 - 19 ］ ， P3AT［20 ］） 做成的太阳电池效 率 仍 很 低。如 Sariciftci［18 ］ 对 ITO/ MEH - PPV/ C60/ Au 双层器件的光电性能进行了研究 ，发现其填充因子为 0148 ，开路电压为 0144V ，短路电流为 2108 ×10 - 6A/ cm2 ，能量转换效率为 0104 %。激子 在 异 质 结 处 发 生 电 荷 分 离 的 效 率 接 近 100 % ，但双层或多层结构光电池的效率却低得多。这主要有三方面的原因 ：一是电荷的分离只有在异质结的界面处才能发生 ，总效率会因界面面积限制而降低。二是激子扩散的限制。激子的扩散距离只有光吸收层的十分之一 ，因此光照产生的激子大多数未到达界面就已复合。三是受载流子收集效率的限制。分离电荷必须在电极上被收集才有效 ，双层或多层结构不利于载流子的传输与收集 ，造成了效率低下。1995 年 Yu［10 ］采用了一种新的互穿网络 （interpentrating network） 结构 ，能量转换率为 219 %。这种结构增大了给、受体的接触面积 ，减小了激子的扩散距离 ，使更多激子可以到达界面进行电荷分离 ，这种异质结称为体相异质结（bulk2heterojunction） 。此外 ，这种结构中电子可以通过受体网络传递到 Al、Mg 等低功函电极 ;空穴可通过供体网络传递到 ITO、Au 等高功函电极 ，更有利于载流子的传输与收集。

　　聚合物太阳电池材料

　　常见的有聚乙烯基咔唑（PVK） 、聚乙炔（PA） 、聚对苯撑乙烯（PPV） 、聚吡咯（PPy）以及聚噻吩（PTh）