聚合物光伏材料的研究

摘要：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。

1

绪论

太阳能是取之不尽用之不竭的可再生能源，近年来随着世界各国对能源和环境问题的

重视，将太阳能转换成电能的太阳能电池成为各国科学界研究的热点和产业界开发的重点。
目前研究和开发的太阳能电池有单晶硅、多晶硅、无定型硅、

CdTe和CuInSe

2

薄膜、

TiO

2

有机染

料敏化和有机聚合物太阳能电池等。前几种无机太阳能电池已实现了商品化，其能量转换效
率为

10%~18％左右，但其缺点为价格高、原材料和制备过程耗能高、较重，这大大限制了它

们的推广应用

[1]

。近年兴起的有机聚合物薄膜太阳能电池具有成本低、重量轻、制作工艺简单、

可制备成柔性器件等突出优点，尤其是薄、轻、柔是无机半导体太阳能电池不可替代的优点；
另外有机聚合物材料种类繁多、可设计性强，比如可根据需要进行化学修饰

, 并表现出高的

开路电压

(> 2V ) 等

[2]

，所以人们期望研发更多种类的有机聚合物材料作为太阳能电池材料，

以便提高太阳能电池的性能。

自从

1992 年Heeger A. J.

 [3] 

研究小组发现了从共轭聚合物存在着向富勒烯的光诱导电子

转移和

Yo sh inoK.

 [4]

研究小组

20 世纪90 年代建立本体异质结构型以来, 聚合物太阳能电池

的研究获得了长足的进展

, 效率达到了5%～ 7% , 具有了极大的市场发展潜力, 因此，未来

的研究重点之一必将转向为开发新型的聚合物太阳电池材料。本文综述了近年来有机聚合物
太阳电池材料重要的发展和应用前景

[5]

。

2 聚合物太阳能电池光伏材料

【

6-10】

聚合物太阳能电池的关键材料分为给体和受体光伏材料。下图给出了用于聚合物太阳能

电池的给体和受体光伏材料的类型，其中最重要的是

p-型共轭聚合物给体材料和可溶性富

勒烯衍生物受体材料。在给体材料中，除了共轭聚合物之外，可溶液加工共轭有机分子给体
光伏材料近年来也受到重视，这主要是考虑到其具有高的纯度、确定的分子量和光伏性能可
重复性好等优点。在受体材料中，除了

PCBM 等富勒烯衍生物之外，n-型共轭聚合物和 n-型

无机半导体纳米晶体（简称

“纳晶”）也可以用作聚合物太阳能电池的受体材料。使用 n-型

共轭聚合物为受体与

p-型共轭聚合物共混制备的太阳能电池又被称为

“全聚合物太阳能电

池

”，因为其给体和受体都是聚合物材料，这也是真正意义上的聚合物太阳能电池。使用 n-

型半导体纳晶为受体与

p-型共轭聚合物共混制备的太阳能电池又被称为

“聚合物/半导体纳

晶杂化太阳能电池

”，这类太阳能电池由于把无机半导体与有机半导体光伏材料复合在一起，

将来有希望把二者的优点结合起来，因而近年来受到研究者的重视。

聚合物太阳能电池光伏材料包括给体材料和受体材料，当前研究得比较多的可以分为

以下

6 类：