子以后并不直接产生可自由移动的电子和空穴，而产生具有正负偶极的激子。只有当这些激

子被解离成可自由移动的载流子，并被相应的电极收集以后才能产生光伏效应。否则，由于

激子所具有的高度可逆性，它们可通过发光、弛豫等方式重新回到基态，不产生光伏效应的

电能。在没有外加电场的情况下，如何使光敏层产生的激子分离成自由载流子便成为聚合物

太阳能电池正常工作的前提条件

【

4】

。当光照到了电池的材料时，就会激发产生激子

(电子空

穴对

)，如果光从给体材料一侧入射，电子就顺着价带能量降低的方向，从给体的导带转移

至受体的导带，同样当光照到了电池的受体材料时，空穴就顺着导带能量升高的方向，从

N区的价带转移至P区的价带。当电子和空穴从激子中分离开以后，就成为自由电子和空穴，

分别扩散至电极，从而产生光电流

【

5】

。

1.2 结构

在聚合物太阳能电池中，我们通常将

P型材料称为给体(D)，把N型材料称为受体(A)，

电子给体／受体方式是实现有机光伏电池中激子分离的有效途径。因此，光敏层至少要使用

两种功能材料

(或组分)，即电子给体(donor或D)与电子受体(acceptor或A)组成。目前D相

材料主要使用共轭聚合物，如

PPV，聚噻吩和聚芴的衍生物，但它们的能带间隙较高。最近

发展了低能带间隙的电子给体材料如噻吩、芴、吡嗪等的共聚物；而常用的

A相材料主要是

有机受体

C

60

及其衍生物，纳米

ZnO，CdSe等无机受体材料以及含有氰基等吸电子基团的

共轭聚合物受体材料。为了使激子过程得以顺利进行，要求所选用电子给体的最低空轨道

(LUMO)能级比电子受体的LUMO能级稍高，这样在能量的驱动之下，电子由D相的LUMO

转移到

A相的LUMO上。一般情况下，D相的LUMO能级比A相的LUMO能级高0.3～0.4eV 

时就能使激子有效地分离成自由载流子

【

6,7】

。

2. 影响高分子太阳能电池效率的因素

目前聚合物太阳能电池的效率还很低，如何提高它的转换效率是能否商业化和与传统

无机光伏电池竞争的关键．当前限制聚合物电池转换效率的主要因素如下：

2.1 光敏层对太阳光谱的吸收程度

光敏层的响应范围和太阳光谱不匹配是当前限制聚合物电池能量转换效率的一个重要

原因，光敏层对太阳光谱的吸收程度直接影响着光伏电池的转化效率。寻找光谱响应与太阳

光相匹配的有机光敏材料就成为目前研究的一个热点和解决聚合物电池转化效率低的一个

突破口。

Thompson等人

【

8】

合成了一种光响应谱与太阳最大辐照范围重叠得非常好的新型

聚合物，但不幸运的是用其所制成的光伏电池的效率也很低。李永舫研究组

【

9,10】

在拓展光敏

材料的光响应范围的研究方面取得了可喜的进展，他们所开发的光敏材料对太阳光的吸收

产生了较大的红移。曹镛研究组

【

11，12】

开发的新型宽响应谱光敏材料的能量转换效率比较高，

表现出了良好的应用前景。