有机太阳能电池材料与器件的研究进展

会使得产生激子。受激发的电子给体吸收光子 ， 其 ＨＯ ＭＯ轨 道 上 的一 个 电子 跃迁 到 Ｌ Ｕ ＭＯ， 通 常 由于
Ｕ ＭＯ的电离势 比受体 Ｌ Ｕ Ｍ Ｏ的电离势低 ， 电 验室 Ｃ ｈ ａ ｐ ｉ ｎ ． Ｄ ． Ｍ等人 Ｉ ５ 制作 了光 电转化效率达 ６ ％ 给体 Ｌ 完成了电子的转移。激子 的太 阳能 电池 ， 标 志着 商业 化 太 阳能 电池研 究 的开 子就由给体转移到受体 ， 被 收 始 。到 ２ ０ 世纪 ７ ０ 年代 ， 用于卫星 的半导体硅太 阳 分 离后 产 生 的 电子 和空 穴 向相 反 的方 向运动 ，
寻 找新 型 的太 阳 能 电 池 材 料 在 前 几 十 年 已经
金属作为背电极 。当外部负载通过金属导线与两个
电极 相连 时 ， 就形成 了一个 完 整结构 的太 阳能 电池 。
悄然开始 了， 早在 １ ９ ０ ６年 和 １ ９ １ ３ 年Ｐ ｏ ｃ ｈ ｅ ｔ ｔ ｉ ｎ ｏ 【 ６ ］ 和
着 全 球 能源 需求 量 的逐年 增 加 ， 对 可再 生 能 源 的有
效利用成为亟待解决的问题 。现在使用的能源多来 仍有很大差距 。有机太阳能电池低的光电转换效率 自矿 物燃 料 的开采 ， 其 中包 括 石油 、 天 然气 和 煤 等 ， 限 制 了其 市 场化进 展 ，因此 提高有 机太 阳能 电池 的 而这些资源是有限的。占地球 总能量 ９ ９ ％ 以上的
太 阳能 ， 具有 取 之不尽 ， 用 之不竭 ， 没有 污染 的特 点 ， 因而成 为各 国科学 家开 发 和利用 的新 能源 之一 。 １ ８ ３ ９年法 国科 学 家 Ｂ ｅ ｃ ｑ ｕ ｅ ｒ ｅ ｌ ｌ １ 发现 ， 用 光 照射 水 溶 液 中表 面涂 有 Ａ ｇ Ｃ １ 或 Ａ ｇ Ｂ ｒ 薄 膜 的金 属 铂 电 极时 ， 会 产 生 电流 。 １ ８ ７ ３年 Ｓ ｍｉ ｔ ｈ ｆ ２ － ３ １ 报 道 了 固体 硒 中 的 光 导 效 应 。１ ９ ４ １ 年 现 代 太 阳能 电池 之 父 Ｏ ｈ ｌ 首 次 报 道 了将 液化 的高 纯硅 结 晶后 ， 在 其 内部 会 形 成 明显 的势 垒 ， 从 而产生 很 高的光 电压 响应 【 ４ Ｊ ， 标 志 着 太 阳能 电池 研 究 新 纪 元 的 开 始 。１ ９ ５ ４年 贝 尔 实
Ｖ ｏ ｌ ｍ ｅ ｒ 分别报道 了有机 固态蒽 晶体 的光导效应 ， 成
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ６ ． １ ８
按照有机半导体层材料 的差别 ， 有机太阳能电
第 ９期
贺素姣 ：有机太阳能电池材料与器件的研究进展
池可 以划分 为 ３ 大类 ， 即单层结 ｆ 单一有机或共轭
一
集在 相应 的 电极 上 ， 就形成 了光 电压 。
２ 基 本 结 构
电池 的 顶 部 为 玻 璃 基 底 ， 在 玻 璃 基 底 上 镀 有 层 可透 光 的金 属 电极 ， 一 般 为 铟锡 氧化 物 ｆ Ｉ Ｔ Ｏ ） 。
Ｔ Ｏ电极接触 的是有 机半 导体层 ， 厚度一 般为 就是从材料人手 ， 寻找廉价、 稳定性高 、 具有 良好光 与 Ｉ ０ ． １ ｌ ｍ， 最后在有机半导体上镀上一层不透明的 伏 效应 的新 型太 阳能 电池材 料 。
能 的光 电转化 效 率 已达 到 １ ５ ％～ ２ ０ ％。 目前 研 究 和 应 用 最 广泛 的太 阳能 电池 主要 是单 晶硅 、 多 晶硅 和 非 晶硅 系列 电池 ， 然而 硅 电池 原料 成本 高 ， 生 产工 艺 复杂 ， 而且材 料本 身不 利 于降低 成本 ， 这就 限制 了它 的民用 化 。开发低 成本 太 阳能 电池 的有 效途 径之 一
第４ ２卷
第９ 期
化
工
技
术
与
开
发
Ｖ０ １ ． ４ ２ Ｎｏ ． ９
Ｓ ｅ ｐ ． ２ ０１ ３
２ ０ １ ３年 ９月
Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ＆ Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ源自文库ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ￣
有机太 阳能 电池材料与器件 的研究进展
贺素姣
（ 河南化工职业学院 ，河南 郑州 ４ ５ ０ ０ ４ ２ ）
摘 要 ： 主要介绍有机太 阳能电池器件材料近年来的一些 主要进展和取得的重大突破。首先对有机太阳能电池的
原理及基本结构进行简单的介绍，然后对有机太阳能电池的核心有机材料部分进行了详细的介绍 ，最终得出结论 ： 有机
太 阳能 电池在将来得到商业化普及是发展的必然趋势，它将成为世界重要能源之一。 关键词 ： 有机太阳能 电池 ； 有机材料 ； 原理 ； 结构 中图分类号 ： Ｔ Ｍ９ １ ４ ． ４ 文献标识码 ： Ａ 文章编号： １ ６ ７ １ — ９ ９ ０ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ９ － ０ ０ ２ ＿ ２ － ０ ４
光电转化效率成为今后研究的热点之一。有机太阳 能 电池备受科研工作者 的关注， 近年来太 阳能的转 化率又得到了进一步的提高。
ｌ 原 理
有机 太 阳能 电池 利用 的也 是光伏 效 应 。有机
太 阳能 电池在太 阳光 的照射下有机材料吸收光子，
如 果该 光子 的能 量大 于有 机材 料 的禁带 宽 度 Ｅ ｇ ， 就
于紫外区的能量 ， 因而捕获太 阳光的能力非常差 ， 无 将这些与宽 聚合物材料 ） 结构 、 双层 （ 给体 受体 ） 异质结结构 法直接用于太阳能 的转换 。研究发现 ， 和本体 （ 给体 一受体共混 ， 包括共轭聚合物 一 无机 带隙半导体的导带和价带能量匹配的一些有机染料 吸附到半导体表 面上 ， 利用敏化剂对可见光的强吸 收从 而将体系的光谱响应延伸到可见区 ， 这种现象 称 为 半 导体 的染 料敏 化作 用 ［ ９ ］ 。 目前 研究 较 多 的染
目前能源问题是世界各 国经济发展遇到的首要
问题 之 一 ， 太 阳能 是 未来 最 有希 望 的 能源 之 一 。随
为有机太 阳能电池研究 的标志性开端 ， 并为以后 的 发 展奠定 了基 础 。但 自第 一个 有机太 阳能 电池 问世 以来 ， 其转化效率一直不高， 与无机太 阳能电池相 比