聚合物太阳能电池的研究进展_何杰.pdfVIP

　第 4 期 高 　　分 　　子 　　通 　　报 ·53 · 聚合物太阳能电池研究进展 何 　杰 ,苏忠集 , 向　丽 ,王 　剑 ,汪映寒 ( 四川大学高分子材料工程重点实验室 , 四川大学高分子科学与工程学院 ,成都 　610065) 　　摘要 :有机材料是近年来新型太阳能电池的研究热点 ,本文按太阳能电池材料的组成分类 ,对太阳能电池 的原理及其材料的种类进行了详细地总结 ,重点介绍了导电聚合物基的太阳能电池的研究进展 。 　　关键词 :导电聚合物 ;太阳能电池 ;共轭聚合物 ; 电池材料 在全球能源需求日渐增加的趋势下 ,太阳能被视为最有前途的、可利用的、可再生能源之一 。在过去 的几十年中 ,无机半导体太阳能电池得到了很快的发展 ,光电转化效率从上世纪 50 年代贝尔实验室的～ 6 %[ 1] 发展到如今的～379 %[2 ] , 占有了70 %左右的太阳能电池市场 ,特别是在航空、航天等高技术领域 更是无与伦比,但是它制作工艺复杂 、成本高等 ,要制备大面积的无机太阳能电池 ,或者大规模的使用 ,有 技术和成本的限制 。聚合物太阳能电池的研究开始于上世纪 70 年代 , 由于聚合物的良好加工性能、柔韧 性以及成本低等特点 ,受到了广泛的关注 。 太阳能电池的工作原理是基于 PN 结的光生伏打效应[3 ] 。当N 型半导体与 P 型半导体通过适当的 ( ) 方法组合到一起时 ,在二者的交界处就形成了 PN 结 。由于两种材料载流子 电子和空穴 浓度存在差异 ( ) 费米能级差异 ,导致电子从N 型半导体扩散到 P 型半导体中 ,空穴的扩散方向正好相反 ,当二者的费米 能级平衡后 ,PN 结达到平衡 ,在结区形成内建电场 。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 ,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 。 本文从太阳能电池的组成材料不同出发 ,详细地概述了各类电池的电池材料研究进展以及各类电池 的开发研究热点 。 1 　染料敏化太阳能电池 [4 ] ( μ ) 1991 年 ,瑞士的 Grtzel 研究小组 采用高比表面积的纳米 TiO 多孔膜 10 m 作半导体电极 ,羧酸联 2 ( ) ( ) 吡啶钌 II 作染料 单分子层 对其增感 ,并选用含有 I I 氧化还原电对的电解质得到染料敏化太阳能电 3 ( ) 池 DSSCs , 由于 TiO 多孔膜的比表面积很大和染料良好的光谱响应 ,使得 DSSC 的光电能量转换率在模 2 拟太阳光下达到 71 %～79 % ,混合 白光下达到 12 % 。“Grtzel ”型的染料敏化电池中 , 电解