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有机太阳能电池空穴传输材料的研究进展

袁峰;周丹;谌烈;徐海涛;陈义旺

【摘要】有机太阳能电池是新一代固态薄膜电池,报道的能量转化效率已接近15％,

成为可再生能源领域的研究热点.空穴传输材料是构成有机太阳能电池的重要组成

部分,对有机太阳能电池的能量转换效率和稳定性有重要影响.目前应用于有机太阳

能电池的空穴传输材料分为无机空穴传输材料和有机空穴传输材料两大类.无机空

穴传输材料的可选择范围较窄,电池加工工艺相对苛刻.开发各类能级匹配、空穴迁

移率高的有机空穴传输材料是提高有机太阳能电池能量转换效率和稳定性的有效手

段,是目前的开发重点.本文主要综述了有机空穴传输材料分子结构对有机太阳能电

池能量转换效率、填充因子、开路电压、短路电流和稳定性的影响,并对其能级、

空穴迁移率、添加剂的使用等进行了讨论.最后详细论述了有机空穴传输材料未来

的研究重点和发展趋势.

【期刊名称】《功能高分子学报》

【年(卷),期】2018(031)006

【总页数】10页(P530-539)

【关键词】有机太阳能电池;空穴传输材料;能级;能量转换效率

【作者】袁峰;周丹;谌烈;徐海涛;陈义旺

【作者单位】南昌航空大学材料科学与工程学院,南昌330063;南昌航空大学材料

科学与工程学院,南昌330063;南昌大学化学学院,南昌330031;南昌航空大学材

料科学与工程学院,南昌330063;南昌大学化学学院,南昌330031;南昌大学化学

学院,南昌330031

【正文语种】中文

【中图分类】O631

能源和环境问题是当前人类面临的两个最紧迫问题，低碳经济是当今最热门的话题。

太阳能是取之不尽、用之不竭的绿色能源，将太阳能转换成电能的太阳能电池是解

决能源和环境问题、发展低碳经济的途径之一。目前研究和开发的太阳能电池有：

单晶硅、多晶硅、碲化镉和铜铟镓硒薄膜半导体、有机太阳能电池等。前几种无机

太阳能电池已经实现了商品化，能量转换效率介于22%～31%，但其缺点是电池

制备成本高、原材料生产过程能耗高、污染重，这大大限制了其推广应用。近年来

兴起的有机太阳能电池具有原料来源丰富、可设计性强、制备工艺简单、全固态、

成本低、质量轻、可制成柔性器件等突出优点[1]，成为新一代太阳能电池的研究

热点。

1有机太阳能电池的研究进展

第一个有机太阳能电池是1958年Kearns和Calvin[2]将酞菁镁夹在两个功函数不

同的电极之间制备的，其能量转换效率(Powerconversionefficiency,简写PCE)

很低。1986年，柯达公司的邓青云博士[3]设计了第一个双层异质结有机太阳能电

池，PCE达到1%。异质结概念的引入，为有机太阳能电池的研究开辟了一个新的

方向。1995年，Heeger等[4]第一次提出了体异质结有机太阳能电池的概念。基

于这种思想，2001年，Shaheen课题组[5]基于聚[2-甲氧基-5-(3′,7-二甲基辛氧′

基)-1,4-苯乙炔](MDMO-PPV):[6,6]-苯基C61丁酸甲酯(PC61BM)体系，第一次

报道了PCE达到2.5%的有机太阳能电池，自此有机太阳能电池进入了一个高速发

展时期[5]。2003年，Sariciflci课题组[6]报道了基于聚3-己基噻吩(P3HT)为给体、

富勒烯衍生物PC61BM为受体的体异质结有机太阳能电池，PCE达到3.5%。

2010年，Yu课题组[7]报道了一种带隙为1.8eV的窄带隙聚合物给体聚[[4,8-二

[(2-乙基己基)氧代]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩-2,6-二基]-交替-[3-氟-2-[(2-乙基己

基)羰基]噻吩并[3,4-b]噻吩二基]](PTB7)，与[6,6]-苯基C71丁酸甲酯(PC71BM)

共混，电池PCE为7.4%。2016年，北京大学占肖卫教授和中科院化学所侯剑辉

研究员相继开发了性能超过富勒烯的非富勒烯受体材料，将有机太阳能电池的

PCE提高到了14%[8-19]。随着高性能给体和受体材料的不断研发，截至2018

年5月，单节有机太阳能电池的PCE已经超过14%[20]，叠层电池的PCE接近

15%[21]。McGehee课题组[22]的研究指出，有机太阳能电池的理论寿命可达7

年。随着高性能材料的不断研发，以及众多科研团队比如李永舫院士课题组、曹镛

院士课题组等的卓越工作，有机太