有機太陽能電池結(jié)構(gòu)的分析與超快光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移研究

　　自從人們發(fā)現(xiàn)處于基態(tài)非簡并態(tài)的共軛聚合物與富勒烯之間有光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移發(fā)生以來【1，2j，這些材料已經(jīng)被考慮應(yīng)用于制作大面積的可折疊的太 陽能電池_3．4J．這些工作引起了人們的極大興趣 ，受到各國科學(xué)家極大的關(guān)注 ．美國、日本、歐共體等給予了大量的投入，歐共體還聯(lián)合起來組成了太陽能電池研究所進行研究和開發(fā) ．第一代有機太 陽能電池是 P／N型異質(zhì)結(jié)二極管 ，由電子給體分子組成 的 P型薄膜和電子受體組成 的 N型薄膜來共同構(gòu)成 ．形態(tài)象三明治一 樣（圖 1）．兩種有機薄膜構(gòu)成的平面異介質(zhì)引起了整流作用 ，光電流和 PV效應(yīng)L5．6J，但是 ，正是 由于其平面 的幾何界面 ，限制了給體與受體之間的相互作用 ，使得 ．，值 比較小 ．通過直接將 P型共軛 聚合物與 N型富勒烯混合組成 復(fù)合物 ，可以有效提高 ．，值L7』．國內(nèi)黃紅敏等L9J研究 了 P型共軛聚合物與 N型富勒烯混合組成復(fù)合物也得到了光電轉(zhuǎn)換效率提高的結(jié)果 ．這種復(fù)合物組成的“主體異質(zhì)結(jié)”電池 ，仍然受幾個關(guān)鍵因素的影響 ：（1）共軛聚合物與富勒烯的兼容性是決定混合物物理形態(tài)的關(guān)鍵因素 ．相分離與富勒烯 的簇效應(yīng)的出現(xiàn)，都會降低給體分子與受體分子之間的相互作用_1．（2）這種裝置中，光電流的傳輸與空穴傳輸 的平衡是非常重要 的，對于經(jīng)過給體的空穴傳輸和經(jīng)過受體的電子傳輸 ，一個真正的雙 向通道是 必須 ，而簇 效應(yīng) 會 導(dǎo)致 在 P．N之 間 出現(xiàn) 真 空 ，從而影響了電荷的傳輸 J0_．陽極圖 1 有機太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖 Figure1 Organic solarcellstructure 活 性層所以開發(fā)具有 D-A特性，能夠同時進行 電子和空穴傳輸?shù)膯我晃镔|(zhì)材料，是一項意義非常重大的課題 ．達到這個目標的一個很好 的方式是設(shè)計和合成具有 P型性質(zhì)的共軛聚合物骨架 ，同時又具有 N型富勒烯側(cè)鏈 的雙功能聚合物 ．通過這種方式 ，化合物的二級結(jié)構(gòu)可以通過雙功能聚合物的一 級結(jié)構(gòu)來調(diào)控 ．給體與受體之間的相互作用的面積被擴大 ，而相分離與富勒烯的簇效應(yīng)被有效的禁阻．除此之外，給體與受體之間的相互作用可 以通過調(diào)控給體與受體部分的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)來進行調(diào)節(jié)ll．合成有效的雙功能聚合物可以使得 P．N型異質(zhì)結(jié)電池在分子水平上實現(xiàn) ．本文首先綜述了超快光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移研究狀況，以富勒烯衍生物為光敏層的太陽能電池的性能 ，共軛聚合物與富勒烯組成的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物 ，以及 由它們所組成的“主體異質(zhì)結(jié)”太陽能電池的性能 ．然后綜述了含有側(cè)鏈富勒烯的雙功能聚合物的合成以及在太陽能電池方面的應(yīng)用