成了几种具有较高

LUMO 能级的新型富勒烯衍生物，其中以茚双加成 C

衍生物

ICBA 为

受体时器件的开路电压提高到

0.84 V, 能量转换效率达到 5.44%

[17]

。

对富勒烯衍生物受体材料的基本要求是：高溶解度、高电子迁移率、与给体材料匹配的

LUMO 能级、与给体材料共混的活性层中适当的聚集态结构、可见区具有较强的吸收等。由
于富勒烯衍生物受体材料在聚合物太阳能电池中的重要性，对

PCBM 的修饰和改进吸引了

许多研究者的注意。
2.4 N-型共轭聚合物受体光伏材料

【

18】

除了上面提到的富勒烯衍生物外，其它

n-型有机半导体也可以作为聚合物太阳能电池

受体材料的候选。其实，第一个双层

D/A 异质结有机太阳能电池(Tang Cell)的受体材料用的

就是

型有机半导体苝。当然，在聚合物太阳能电池中，人们很自然想到的就是 n-型共轭

聚合物受体光伏材料，这种

n-型聚合物受体材料与 p-型聚合物给体材料共混制备的太阳能

电池是真正意义上的聚合物太阳能电池，常被称作

“全聚合物太阳能电池”。

对

n-型共轭聚合物受体光伏材料的基本要求是：在可见-近红外区有宽而强的吸收、高

度可溶、高的电子迁移率、与给体聚合物匹配的

LUMO 和 HOMO 能级。最早用于聚合物太阳

能电池的

n-型共轭聚合物受体材料是氰基取代的 MEH-PPV, MEH-CN-PPV, 这种聚合物为受

体、一种辛苯基取代聚噻吩为给体制备的聚合物太阳能电池的能量转换效率达到

1.9％

[18]

。总

起来讲，在调制吸收和电子能级方面，

n-型聚合物要比富勒烯衍生物容易得多，但其纯度、

电子迁移率和在活性层中的适度聚集方面往往比

PCBM 等富勒烯衍生物要差一些。在光伏

性能方面，迄今为止，

n-型共轭聚合物受体材料与 PCBM 相比还有差距。

2.5 D-A 双缆型共轭聚合物光伏材料

【

19】

D-A 双缆型聚合物主要是以聚噻吩为主链的聚合物，这类聚合物在活性层中的理想结

构是支链上的受体能够相互连接聚集、形成电子通道，而主链是空穴通道。但实际上，这类
聚合物的光伏性能都不太理想，最高效率只有

0.52%。原因可能有以下几个方面：(a) 溶解

度和成膜性能差。

(b) 受体难以形成有效聚集和电子通道，电子传输效率低。 (c) 聚合物主链

的聚集也会受到影响。其实，在本体异质结聚合物太阳能电池的活性层中，给体和受体的适
度聚集对于增强光吸收、提高载流子迁移率和电荷传输效率非常重要。如何在

D-A 双缆型聚

合物中实现给体和受体的适度聚集将是提高这类材料光伏性能的关键。
2.6 N-型无机半导体纳晶受体光伏材料

【

20】

2002 年，Alvisatos 等将 CdSe 纳晶用作受体，取代 PCBM 与 P3HT 给体共混制备了聚

合物太阳能电池，能量转换效率达到

1.7%, 这为无机半导体纳晶找到了一个新的应用领域，

受到广泛关注。以

n-型半导体纳晶为受体的聚合物太阳能电池常被称作

“共轭聚合物/无机半

导体纳晶杂化太阳能电池

”，人们期待着这种电池能够把聚合物的溶液加工型及轻薄特点与

无机半导体纳晶的高电子迁移率和高稳定性优点相结合，获得高效、稳定的新型薄膜太阳能
电池。从当前的情况看，以

n-型半导体纳晶为受体的聚合物太阳能电池的光伏性能仍比不上

以

PCBM 为受体的光伏器件性能，可能的原因是：(a) 纳晶表面态比较复杂，表面缺陷态有

可能成为电荷陷阱；

(b) 共轭聚合物/无机半导体纳晶界面结构比较复杂，激子在界面上的

电荷分离效率低（聚合物的荧光只能部分被萃灭）；

网络结构，尤其是纳晶之间难以形成有效的电子通道，纳晶本身的高电子迁移率被纳晶之
间慢的电子传输所限制，导致电子的传输效率低。因此，制备尺寸均匀、表面

“干净”、能适度

聚集形成网络结构的

n-型半导体纳晶，以及改善和修饰共轭聚合物/无机半导体纳晶界面结

构将是这类材料的发展方向。

3 结论