转换设备而

 投入实际应用。

  为此， 各国研究人员都在不断进行有机聚合物太阳能电池的

研究，期望能得到新的多功能和高效率的太阳能电池。无论从材料角度还是器件角度

 讲，

化学家、物理学家和材料学家都对有机聚合物

 太阳能电池进行了较深入的研究，在获得大

量可喜

 成果的同时，也面临着新的挑战，如提高有机聚合物太阳能电池的光电转换效率等。

有关人士推论有机聚合物太阳能电池的光电转换效率在将来几年中有望突破

 10% ，如能达

到这一转换效率，用有机聚合物材料制作的太阳能电池将具有巨大的市场。与无机硅太阳能
电池相比，在转换效率、光谱响应范围、电池的稳定性方厩，有机太阳能电池还

 有待提高。

各种研究表明，决定光电效率基本损失机制的主要有：

  

( 1 )半导体表面和前电极的光反射；

  

( 2 )禁带越宽，没有吸收的光传播越大

( 3 )由高能光子在导带和价带中产生的电子和空穴的能量驱散；

  

( 4 )光电子和光空穴在光电池光照面和体内的复合；

  

( 5 ) 有机染料的高电阻和低的载流子迁移率。 

分析原因，主要是由于：

  

( 1 )高分子材料大都为无定型，即使有结晶 度，也是无定型与结晶形态的混合，分子

链间作用力较弱。光照射后生成的光生载流子主要在分子内

 的共轭价键上运动，而在分子

链间的迁移比较困

 难，使得高分子材料载流子的迁移率一般都很低。

  

( 2 )高分子材料的禁带宽度 E g ，通常键分子链的 E g 范围是 7. [6 -9 e V， 共轭分子 E 

g 范围是 1 .4 ～ 4 ． 2 e V。掺杂后导电高分子的 E g 虽然会下降，但与 无机半导体 S i 、G e
等相比

E g 依然很高，因此有机 太阳电池与无机太阳电池载流子的产生过程有很 大的不同。

有机高分子的光生载流子不是直接通过

 吸收光子产生，而是先产生激子，然后再通过激子

的离解产生自由载流子，这样形成的载流子容易成对复合，最后使光电流降低。

  

( 3 )共轭聚合物掺杂均为高浓度掺杂，这样 虽能保证材料具有较高的电导率，但载流

子的寿命与掺杂浓度成反比，随着掺杂浓度的提高，光生载

 流子的增大，电池的光电转换

效率很小。目前，在各种报道中，有机太阳能电池主要有

 四种典型器件结构。

  

三

 国外最新研究：

（

1）2007 《Science》Alan J. Heeger 等 “使有机薄膜太阳能电池的单元转换效率达到了

全球最高

――6.5％”。

结构：级联结构

关键：在两个太阳能电池单元之间夹了一层

TiOxI (钛氧化物材料)

p 型：PEDOT:PSS，

n 型：PCBM 与 PCPDTBT 的混合材料(750～800nm)

          PC70BM 与 P3HT 的混合材料(500nm )　

（

2）大阪大学(2008 年 3 月 27～30 日)成功开发出了单元转换效率高达 5.3％的有机固

体太阳能电池。