2003年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試(遼寧卷)

本文由浮生六日貢獻(xiàn)pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。第"#卷第"期’##&年,月功能材料與器件學(xué)報(bào)-./0123.44/1567.12382690723:21;;9<759:@A’##&文章編號!"##$%&’(’)’##&*#"%#"’+%#(高分子N富勒烯光伏電池的研究進(jìn)展李寶銘，吳洪才，孫建平，高潮（西安交通大學(xué)電信學(xué)院光電技術(shù)與太陽能研究所，西安$"##&E）摘要!高分子N富勒烯光伏電池是近些年來研究比較廣泛的一類新型聚合物光伏器件。本文詳細(xì)分析了高分子N富勒烯光伏電池的分類及工作原理A并介紹了以共軛高分子作為電子給體材料A富勒烯及其衍生物作為電子受體材料的高分子N富勒烯光伏電池的研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞：高分子；富勒烯；光伏電池中圖分類號：68E"&D&文獻(xiàn)標(biāo)識碼!2!"#"$%&’(%)*%"##)+(),-."%/01,,"%"+"#(’)2)3),2$4&&",,#37O=B%MPLQAR/SBLQ%?=PA:/1-P=L%TPLQAU2.5@=B)7LVJPJWJXBYZ@BJBXCX?J>P?6X?@LBCBQ[=L\:BC=>9LX>Q[A:?@BBCBY9CX?J>BLP?=L\7LYB>M=JPBL9LQPLXX>PLQA]P^=L-P=BJBLQ/LP_X>VPJ[A]P^=L$"##&EA5@PL=*56#2%$&2!U>X=JPLJX>XVJ@=V‘XXL\X_BJX\PLJBJ@XYPXC\VBYTBC[MX>NYWCCX>XLXVT@BJB_BCJ=P??XCCVPL>X?XLJ[X=>VD7LJ@PV=>JP?CXAJ@XVPQLPYP?=L?XBYVJW\[BLJ@XTBC[MX>NYWCCX>XLXVT@BJB_BCJ=P??XCCVPVXaTC=PLX\D6@X?C=VVPYP?=JPBL=L\J@XT>PL?PTCXBYTBC[MX>NYWCCX>XLXVT@BJB_BCJ=P??XCCV=>XVWM%M=>PbX\PL\XJ=PCD2L\J@X>XVX=>?@T>BQ>XVVBLTBC[MX>NYWCCX>XLXVT@BJB_BCJ=P??XCCV‘=VX\BLT@BJB%PL\W?X\?@=>QXJ>=LVYX>Y>BMTBC[MX>=V\BLB>JBYWCCX>XLXV=L\PJV\X>P_=JP_XV=V=??XTJB>=>X>X_PXcX\D7"-8)%9#!TBC[MX>；YWCCX>XLXV；T@BJB_BCJ=P??XCCV"引言在太陽能、風(fēng)能、氫能、煤炭汽化等可再生能源富勒烯，又稱為足球烯，是一類新型球狀分子，其尺寸在幾十個(gè)納米的范圍內(nèi)。"E+(年，I>BJB等采用激光加熱石墨蒸發(fā)并在甲苯中形成碳的團(tuán)簇，首次在質(zhì)譜中發(fā)現(xiàn)5K#和5$#，此后，研究人員對富勒烯的研究和應(yīng)用產(chǎn)生了極大的興趣G,%KH。當(dāng)材料的尺寸進(jìn)（入納米量級"%"##LM）其本身具有量子尺寸效時(shí)，應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，因此富勒烯展現(xiàn)出許多特有的性質(zhì)，在有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)、高分子科學(xué)、催化化學(xué)、電化學(xué)、超導(dǎo)體與鐵磁體等眾多學(xué)科和應(yīng)用研究領(lǐng)中，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的光伏能源是未來最有希望的能源之一G"H?，F(xiàn)今應(yīng)用廣泛的單晶硅和多晶硅等無機(jī)光伏電池，盡管具有較大的光電轉(zhuǎn)換效率，但由于生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高、不能大面積成膜等原因A使其推廣應(yīng)用受到一定的限制。共軛高分子材料由于同時(shí)具有良好的加工性和柔韌性及摻雜后優(yōu)良的導(dǎo)電性，以及價(jià)格低廉、可大面積成膜等優(yōu)點(diǎn)，因此在光電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值G’H。收稿日期!’##,%#(%#EF修訂日期!’##,%#$%"&（作者簡介!李寶銘"E$$%）男，，博士生，從事有機(jī)光電材料及器件的研究D’期李寶銘等S高分子$富勒烯光伏電池的研究進(jìn)展’&8域具有廣闊的前景，并越來越顯示出巨大的潛力和重要的研究及應(yīng)用價(jià)值!"#（5A/(B/6C@D5ED637B）（（為激發(fā)層，++99:D5@CF&%GF）H35AC@5ICFDFD6B7C@B7BJ37C@B7B）為電子給體材料，=>為電子受體材料。從圖中可以看出，在激發(fā)層<+9;產(chǎn)生的光生激子在雙異質(zhì)結(jié)++99:$+;9和+;9$<=>處產(chǎn)生分離，可以有效地提高激子的分離和收集效率。。本文對以共軛高分子作為電子給體材料，富勒烯及其衍生物作為電子受體材料的高分子$富勒烯光伏電池的分類和工作原理進(jìn)行介紹%并著重闡述近些年來高分子$富勒烯光伏電池的發(fā)展以及一些最新的研究進(jìn)展。&高分子$富勒烯光伏電池的分類高分子$富勒烯光伏電池在結(jié)構(gòu)上大體可以分為三種類型：高分子$富勒烯單層結(jié)構(gòu)、高分子$富勒烯雙層結(jié)構(gòu)及高分子$富勒烯多層結(jié)構(gòu)。圖’(）為單層結(jié)構(gòu)的高分子$富勒烯光伏電池示意圖。將高分子給體和富勒烯受體按照一定比例溶解到溶劑中，然后將它們旋涂在帶有玻璃襯底的待溶劑蒸發(fā)后，真空沉積上一層金屬作)*+電極上，為相反電極，這就是高分子$富勒烯單層結(jié)構(gòu)光伏電池最簡單的制作工藝。同高分子$富勒烯光伏電池的單層結(jié)構(gòu)不同，雙層結(jié)構(gòu)是將高分子和富勒烯依次旋涂到)*+導(dǎo)電玻璃上，待溶劑蒸發(fā)后沉積上一層金屬作為相反電極，如圖’,）所示。在雙層結(jié)構(gòu)中，高分子層和富勒烯層并不是完全分離的，而是在兩層之間存在一個(gè)擴(kuò)散層，此擴(kuò)散層不僅可以使電荷有效地分離，而且可以避免當(dāng)高分子和富勒烯分子的化學(xué)相容性不好時(shí)，在界面處產(chǎn)生缺陷，導(dǎo)致載流子過早地復(fù)合。因此，高分子$富勒烯光伏電池的雙層結(jié)構(gòu)比!-#K3LM&N/E1A/1EB5O21@/3F@(CBED5@C2BE$O1@@BEB7B0D65/5J5@/(3AAB@@0圖&高分子$富勒烯光伏電池多層結(jié)構(gòu)P高分子$富勒烯光伏電池的基本原理!’>F’Q#高分子$富勒烯光伏電池的基本原理同無機(jī)半導(dǎo)體光伏電池類似，主要是基于半導(dǎo)體DF7結(jié)的光生伏打效應(yīng)。光伏效應(yīng)是指在光的照射下，半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的電子F空穴對，在靜電場的作用下發(fā)生分離，產(chǎn)生電動(dòng)勢的現(xiàn)象。對于由給體型導(dǎo)電高分子、受體型富勒烯組成的光伏電池，其本質(zhì)上可認(rèn)為和無機(jī)半導(dǎo)體光伏電池一樣，存在DF7結(jié)!’G#。導(dǎo)電高分子由于具有共軛的長鏈結(jié)構(gòu)，通常作為電子給（；由于表面原子數(shù)體R）富勒烯為典型的納米微粒，增多，原子配位不足及高的表面能，很容易吸收電單層結(jié)構(gòu)具有更好的電荷分離效率。為了進(jìn)一步提高高分子$富勒烯光伏電池的性能，.(/01234506375等!8#制備了一種結(jié)構(gòu)為)*+$（，++99:$+;9$<=>$?@的光伏電池圖&）其中+;9K3LM’N/E1A/1EB05O037L@BF@(CBE(7HH51,@BF@(CBED5@C2BE$O1@@BEB7BD65/5J5@/(3AAB@@0圖’高分子$富勒烯光伏電池單層和雙層結(jié)構(gòu)!?E功能材料與器件學(xué)報(bào)!E卷（。在光的照射下，子，通常作為電子的受體>）光生電子從共軛高分子向富勒烯進(jìn)行轉(zhuǎn)移，從而產(chǎn)生光生電動(dòng)勢。高分子"富勒烯光伏電池的工作原理可以表述如下：過程!電子給體的激發(fā)過程!"#(!"#過程(@’>絡(luò)合物中激子離域過程!!"#(!%?A!$#B!過程?電荷轉(zhuǎn)移過程!%?A!$#B!(!%?A!!C’#!’B!!%?!%?!存在，在給體’受體的界面上就會(huì)產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移，形成離子自由基，最終離子自由基分離，實(shí)現(xiàn)光生電子。需要指出的從高分子向富勒烯轉(zhuǎn)移（過程?’D）是，在以上各過程中，由于馳豫等原因，過程也可以向相反的方向進(jìn)行。$高分子"富勒烯光伏電池性能的研究進(jìn)展高分子光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率很低，只有EFEE!GHEFE!G%這主要是由于入射光產(chǎn)生的激子發(fā)生衰變復(fù)合#!$)。而I9FJ等#!K)發(fā)現(xiàn)將LKE添加到（’高分子聚（(’甲氧基’D’(，乙基己氧基）!%’（后，制作得到的給體’受$’苯乙炔）MNO’//P）光電轉(zhuǎn)體單層結(jié)構(gòu)光伏電池的量子效率高達(dá)(QG，換效率也達(dá)到(FQG，這表明LKE會(huì)顯著提高激子的分離和收集效率。此后，研究人員對各種類型高分表子"富勒烯光伏電池的性能進(jìn)行了廣泛的研究。!為部分高分子"富勒烯光伏電池的特性。自從觀察到光誘導(dǎo)產(chǎn)生的電子快速地從高分子向富勒烯進(jìn)行轉(zhuǎn)移以來，高分子材料在光伏電池領(lǐng)域的應(yīng)用呈現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。LFRFS0+,.=等#T)研究表明光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的時(shí)間為飛秒量級，比光生激子的輻射復(fù)合和非輻射復(fù)合衰減快三個(gè)數(shù)量級，這就為激子分離形成電子’空穴對提供了時(shí)間過程$離子自由基形成過程A!!’’#!’B!(!%?A!C!’#’!B過程D電荷分離過程!%?A!C!’#’!B(!C!’#’!!%?其中!，分別代表激發(fā)單重態(tài)和三重態(tài)。?入射光照射高分子"富勒烯光伏電池時(shí)，當(dāng)入射光能量大于共軛高分子鏈中"電子激發(fā)需要的能量時(shí)，電子就會(huì)從成鍵軌道躍遷到反鍵軌道，使電子給體由基態(tài)達(dá)到激發(fā)態(tài)，這就是電子給體的激發(fā)（過程過程!）受激發(fā)的電子給體非?；顫姡?。極易產(chǎn)生衰變，以輻射或非輻射的形式釋放出能量，但是當(dāng)存在富勒烯受體分子時(shí)，受激發(fā)的給體分子同受體分子之間會(huì)形成相對穩(wěn)定的給體’受體絡(luò)合體系，（產(chǎn)生激子的離域過程過程(）。由于富勒烯受體的表!室溫下高分子"富勒烯光伏電池的特性#!$%!&’(!)*+,-.!/012.034.51621-78.0"69--.0.:.52;131<1-3+4==.--5+301183.82.0+390.電池結(jié)構(gòu)>-"LKE"http:///"V:W(L+"MNO’//PY/LSM"Z*W>-"MNO’//PY/LSM"Z*W>-"M@MW’//PY/LSM"/N@W*Y/VV"Z*W>-"M@MW’//PY/LSM"Z*W>-"http://PYLKE"Z*W>-"LKE"http://P"Z*W>-"LKE"/P["Z*WL+"MNO’//PYLKE"Z*W>-"\4X"/*/*S"/LSM"Z*W>-"\4X"/*/*S"/LSMY:4-.0.]"Z*W>-"\4X"/*/*S"http://P"/LSM"Z*W>-"\4X"http://P"/LSM"Z*W輻射A8U"=8(B!E(E(E!EE!EEEF!EF!DE(ETETETETE%VLA#>"=8(B?^!E’$(EEE’D&EE&(EEEF!&!FT(!TEE(QDE((DE!EEE$QEE&WLAPBEF(QEFT(EFKTEFEE&EFQ$(EF&EFKDEFEED&EF$?EF&(EFD?EFD!EFT!XX’’’EF$DEF$KEF(QEF$&’EFKDEF?&EF?(EF?EFK$.AGB’(FQEFD(F??F!EFE?EFDEFD(FDEF!EF$TEF(?FE,期李寶銘等Z高分子5富勒烯光伏電池的研究進(jìn)展,?,保證，從而有效地提高了器件的量子效率。為了提高光伏電池的性能，研究人員探討了高分子和富勒烯的類型、電極材料的選擇、器件的結(jié)構(gòu)及厚度、環(huán)境溫度等各個(gè)因素對光伏電池性能的影響。!"#$%&’()*等在/!0電極上旋涂一層12340!5166界面層，考察了此界面層對高分子5富勒+,-.衍生物薄膜，并且對這種薄膜的光伏性質(zhì)進(jìn)行了考察，結(jié)果表明，同傳統(tǒng)旋涂方法相比，26#技術(shù)可以從分子尺度上精確控制薄膜的厚度和結(jié)構(gòu)。另外，（制備出了!"1I’K等+;-.采用離子自組裝技術(shù)/6#<）納米量級尺度的聚對苯乙炔5富勒烯光伏電池，并且對器件的光學(xué)性能進(jìn)行了詳細(xì)地研究。此外，6"2"69G9$$&等+;O.烯光伏電池性能的影響。結(jié)果表明，具有1240!5166界面層的光伏電池除了開路電壓有一定的提高外，其它性能如短路電流、填充因子、轉(zhuǎn)換效率等都不同程度地降低。這主要是由于界面層的引入增加了電池內(nèi)部的串聯(lián)和并聯(lián)電阻的原因。同時(shí)他們還研究了器件的厚度和光照強(qiáng)度對電池光伏特性的影響。!"7%’89$%:等將<4<0=11>和1?0!作為（作為電子受給體材料，富勒烯衍生物@AB和1@C<）+;;.對窄帶隙高分子5富勒烯光伏器件的性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明這些器件的光譜響應(yīng)擴(kuò)展到了紅外區(qū)，轉(zhuǎn)換效率得到了有效地提高。V"M"V"LG&4(%$&等+?B.將窄帶隙高分子1!1!C作為電子給體材料，1@C<作為電子受體材料制備單層結(jié)構(gòu)光伏電池，當(dāng)入射光波長為ENB&8時(shí)，此器件仍然有光電流產(chǎn)生。體材料制作的光伏電池中，<4<0=11>和1@C<單層結(jié)構(gòu)光伏電池的短路電流和開路電壓具有最大值，分別為,8#5D8;和B"E;>。>FGHI8I%4JGK’&’L等+;?.利用電流=電壓關(guān)系研究了溫度在,BB=?BBM范圍內(nèi)變化時(shí)，高分子5富勒烯光伏電池的電學(xué)性質(zhì)，結(jié)果表明短路電流強(qiáng)度隨溫度的增加而增加，而當(dāng)溫度從室溫降至,BBM時(shí)，電壓從-NB8>增加到OPB8>。高分子5富勒烯光伏電池的環(huán)境穩(wěn)定性是制約其廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要因素。R$(S$TG($%等+;P.利Q"用#!U=7!/U光譜研究了高分子5富勒烯光伏電池中各組分及其混合物的穩(wěn)定性和降解過程。分析表明，高分子在光照有氧條件下具有很快的降解速率，這是光電導(dǎo)率衰減的主要原因。但是同富勒烯相混合，形成電子轉(zhuǎn)移給體=受體體系后，高分子的+;N.穩(wěn)定性顯著提高。<G%D’*UG8’*等將富勒烯采#"用鈀催化耦合反應(yīng)接枝到聚合物主鏈上，有效地改善了高分子5富勒烯體系的穩(wěn)定性能，并且利用光誘導(dǎo)吸收譜和光致發(fā)光譜觀察到了光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的發(fā)生。近些年來，隨著分子自組裝技術(shù)的發(fā)展，研究人員提出了一種制備高分子5富勒烯光伏電池的新方+（法=靜電自組裝技術(shù)26#）;A.。靜電自組裝技術(shù)是利用高分子電解質(zhì)稀溶液中相反電荷同步吸收的原理，在固體襯底上生成多層薄膜。此種方法具有可以調(diào)整和控制薄膜的結(jié)構(gòu)和厚度的優(yōu)點(diǎn)。V$WW$%JXCG(%等+;E.利用26#制備出了聚對苯乙炔和富勒烯N展望高分子5富勒烯光伏電池盡管具備諸多的優(yōu)點(diǎn)和誘人的前景，但較小的光電流和光電轉(zhuǎn)換效率，較差的環(huán)境穩(wěn)定性使它的實(shí)際應(yīng)用面臨許多問題，還需要進(jìn)行大量的研究工作。因此，首先必須從分子設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，對高分子材料進(jìn)行分子優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到最佳的能隙，從而有效地增加對太陽光譜的響應(yīng)范圍；其次對高分子5富勒烯光伏電池的工作原理和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，選擇最佳的高分子5富勒烯體系，對器件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使載流子在不同的相中具有最大的遷移率；再次選擇具有適當(dāng)功函數(shù)的金屬電極材料，以達(dá)到光伏電池中各部分能級的匹配，從而有效地收集光生載流子；最后優(yōu)化電池的表面結(jié)構(gòu)，使用抗發(fā)射膜，減少電極金屬的覆蓋面以獲得較大的填充因子和光電流。參考文獻(xiàn)：+,.楊金煥"太陽能發(fā)電的新時(shí)代+V."中國能源Y,OOPY,BZPE=PO"+;.6$%HG%6G%IDIW)DIR"1’FJ8$%ID[9’)’L’F)GID8G)$%IGF*+V."!"##$%&’()%)*%)%+*,)-+&.&$/0.&$#).,1+2)$%2$Y,OOOYPZ?E?=?E-"+?.M(’@9G&S*9(YM(8G%VGJG&)Y!%I[G)9J6(KG&)Y!"#$"6J&)9$*I*G&H[%’[$%)I$*’W+AB.W(FF$%$&$=[’FJLI&JF[J%IHI&$D’&\(SG)$*W’%[9’)’L’F)GIDH$LID$*+V."3*"#%.,*40.2#*5*,$2",.#+2)$%2$67"#$.%-8((,)$-!9$5)1&#Y;BB,Y;<],;^Z,P-,=,PO-"AC@功能材料與器件學(xué)報(bào)@@"T6A>卷!"#$%&%’%()*+),&-./-012+*&-340.%15*+!"#$67%89’,8,:/%;<=>;9884&404!?#6!"#$%&’"()*+,-.&’/*01-,2$+3+@>>A+456BACDE@"FFG@H>=6!H#I/-.%0%(*+J,4K48L+I4,’48<+!"#$6M84N:&%0,NO&%O4&:,4P%;O%8/34&G;9884&404P%8-&N488P!?#67&20$-&’,80,0&$.*9".-02+9+1:",-#1;)$".00<-%=,+@>>A+==HEAQG@>6!=#19P3-0$I+R4,P3-0JS6$,04:,NP%;;9884&404:&,O84:P:-:4P!?#680,0&$.*"%/*01-.&’>%20$10<-&20,+AFFQ+?@BHDE"CAG"HA6!Q#牟季美6納米材料和納米結(jié)構(gòu)6北京E科學(xué)出版社+@>>@+AAG@@6!T#S&-’4N<?+<&-(,0%1+)4,PP04&I+!"#$6UV4,0;8940N4%;3-:4&,-8PW%&.;90N:,%0%0:V4%O40N,&N9,:(%8:-X4%;O8-P:,NP%8-&N488P!?#6A*-%,"’-<(-’1,+@>>@+">CG">"EC=TGCQ@6!F#$-:P93,Y%PV,0%+$-Z9/-U-K-+1.,V,.%[9\,,+!"#$65%(48OV%:%(%8:-,NK4(,N4P’-P4K%0K%0%&G-NN4O:%&3%84N98-&-0KN%0K9N:,0XO%8/34&P/P:43P!?#6>BBBA$&%,&.2-"%,"%B’0.2$"%C0D-.0,+AFFQ+EEBTDEACATGAC@"6!A>#7-&,N,;:N,57+73,8%W,:Z2+]44X4&1?+!"#$6^V%:%,0K9N4KM84N:&%0U&-0P;4&;&%3-<%0K9N:,0X^%8/34&:%S9N.G3,0P:4&;9884&404!?#69.-0%.0+AFF@+?6FB@QDEA"Q"GA"Q=6!AA#]44\%%$,3+?,0Y%90X$,3+$W-0XV44244+!"#$6_&X-0,NOV%:%(%8:-,NN488P’-P4K%0N%0\9X-:4KO%8/34&‘;9884&404N%3O%P,:4P!?#6/#$$0%2G::’-0<)*+,-.,+@>>A+AEACFGA"C6!A@#)9&-:-$+7V,3%,Y+1’47+!"#$6^V%:%X404&-:4KO%8-&%0P,0O%8/BO-&-OV404/8404(,0/8404D!?#6/*01-.&’)*+,-.,+AFFT+@@QEAFFAG@>A6!AC#]-88P??)+^,NV84&$+[&,40KJ]+!"#$6MaN,:%0K,PP%GN,-:,%0-:-O%8/BOGOV40/8404(,0/8404D‘<=>V4:4&%G\90N:,%0!?#69+%2*02-.702&’,+AFF=+QQE@QQG@T>6!A"#[48K&-OO$+S&9::,0XR+7NVW%4&4&)+!"#$6^V%:%(%8:-,NM;;4N:,0S840K7/P:43P-0K]4:4&%P:&9N:9&4P%;^%8/BOGOV40/8404(,0/8404D-0K<=>!?#69+%2*02-.702&’+AFFF+A>AEAH=GAHQ6!AH#雀部博之6導(dǎo)電高分子材料6北京：科學(xué)出版社+AFTFE=A6!A=#Ybc+c1_?+]9334840?<+!"#$6^%8/34&^V%:%(%8:-,N<488PEM0V-0N4KM;;,N,40N,4P(,--54:W%&.%;L0:4&0-8I%0%&G1NN4O:%&]4:4&%\90N:,%0P!?#69.-0%.0+AFFH+?H5BAHDEAQTFGAQFA6!AQ#2447S+$V-’,’988-4(^$+d-.V,K%(11+!"#$6^V%:%G(%8:-,NO&%O4&:,4P%;<=>‘^^^V4:4&%\90N:,%0E3%84N98-&IG1OV%:%N488!?#69+%2*02-.702&’,+AFFH+QAE@@"QG!AT#14&0%9:PU+c440PR+^%%&:3-0P?+!"#$6Ma:&-N:,%0%;’98.-0KN%0:-N:N%3O%040:P%;:V4P4&,4P&4P,P:-0N4,0%&X-0,N’98.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。對于由給體型導(dǎo)電高分子、受體型富勒烯組成的光伏電池，其本質(zhì)上可認(rèn)為和無機(jī)半導(dǎo)體光伏電池一樣，存在DF7結(jié)!’G#。導(dǎo)電高分子由于具有共軛的長鏈結(jié)構(gòu)，通常作為電子給（；由于表面原子數(shù)體R）富勒烯為典型的納米微粒，增多，原子配位不足及高的表面能，很容易吸收電單層結(jié)構(gòu)具有更好的電荷分離效率。為了進(jìn)一步提高高分子$富勒烯光伏電池的性能，.(/01234506375等!8#制備了一種結(jié)構(gòu)為)*+$（，++99:$+;9$<=>$?@的光伏電池圖&）其中+;9K3LM’N/E1A/1EB05O037L@BF@(CBE(7HH51,@BF@(CBED5@C2BE$O1@@BEB7BD65/5J5@/(3AAB@@0圖’高分子$富勒烯光伏電池單層和雙層結(jié)構(gòu)!?E功能材料與器件學(xué)報(bào)!E卷（。在光的照射下，子，通常作為電子的受體>）光生電子從共軛高分子向富勒烯進(jìn)行轉(zhuǎn)移，從而產(chǎn)生光生電動(dòng)勢。高分子"富勒烯光伏電池的工作原理可以表述如下：過程!電子給體的激發(fā)過程!"#(!"#過程(@’>絡(luò)合物中激子離域過程!!"#(!%?A!$#B!過程?電荷轉(zhuǎn)移過程!%?A!$#B!(!%?A!!C’#!’B!!%?!%?!存在，在給體’受體的界面上就會(huì)產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移，形成離子自由基，最終離子自由基分離，實(shí)現(xiàn)光生電子。需要指出的從高分子向富勒烯轉(zhuǎn)移（過程?’D）是，在以上各過程中，由于馳豫等原因，過程也可以向相反的方向進(jìn)行。$高分子"富勒烯光伏電池性能的研究進(jìn)展高分子光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率很低，只有EFEE!GHEFE!G%這主要是由于入射光產(chǎn)生的激子發(fā)生衰變復(fù)合#!$)。而I9FJ等#!K)發(fā)現(xiàn)將LKE添加到（’高分子聚（(’甲氧基’D’(，乙基己氧基）!%’（后，制作得到的給體’受$’苯乙炔）MNO’//P）光電轉(zhuǎn)體單層結(jié)構(gòu)光伏電池的量子效率高達(dá)(QG，換效率也達(dá)到(FQG，這表明LKE會(huì)顯著提高激子的分離和收集效率。此后，研究人員對各種類型高分表子"富勒烯光伏電池的性能進(jìn)行了廣泛的研究。!為部分高分子"富勒烯光伏電池的特性。自從觀察到光誘導(dǎo)產(chǎn)生的電子快速地從高分子向富勒烯進(jìn)行轉(zhuǎn)移以來，高分子材料在光伏電池領(lǐng)域的應(yīng)用呈現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。LFRFS0+,.=等#T)研究表明光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的時(shí)間為飛秒量級，比光生激子的輻射復(fù)合和非輻射復(fù)合衰減快三個(gè)數(shù)量級，這就為激子分離形成電子’空穴對提供了時(shí)間過程$離子自由基形成過程A!!’’#!’B!(!%?A!C!’#’!B過程D電荷分離過程!%?A!C!’#’!B(!C!’#’!!%?其中!，分別代表激發(fā)單重態(tài)和三重態(tài)。?入射光照射高分子"富勒烯光伏電池時(shí)，當(dāng)入射光能量大于共軛高分子鏈中"電子激發(fā)需要的能量時(shí)，電子就會(huì)從成鍵軌道躍遷到反鍵軌道，使電子給體由基態(tài)達(dá)到激發(fā)態(tài)，這就是電子給體的激發(fā)（過程過程!）受激發(fā)的電子給體非?；顫?，。極易產(chǎn)生衰變，以輻射或非輻射的形式釋放出能量，但是當(dāng)存在富勒烯受體分子時(shí)，受激發(fā)的給體分子同受體分子之間會(huì)形成相對穩(wěn)定的給體’受體絡(luò)合體系，（產(chǎn)生激子的離域過程過程(）。由于富勒烯受體的表!室溫下高分子"富勒烯光伏電池的特性#!$%!&’(!)*+,-.!/012.034.51621-78.0"69--.0.:.52;131<1-3+4==.--5+301183.82.0+390.電池結(jié)構(gòu)>-"LKE"http:///"V:W(L+"MNO’//PY/LSM"Z*W>-"MNO’//PY/LSM"Z*W>-"M@MW’//PY/LSM"/N@W*Y/VV"Z*W>-"M@MW’//PY/LSM"Z*W>-"http://PYLKE"Z*W>-"LKE"http://P"Z*W>-"LKE"/P["Z*WL+"MNO’//PYLKE"Z*W>-"\4X"/*/*S"/LSM"Z*W>-"\4X"/*/*S"/LSMY:4-.0.]"Z*W>-"\4X"/*/*S"http://P"/LSM"Z*W>-"\4X"http://P"/LSM"Z*W輻射A8U"=8(B!E(E(E!EE!EEEF!EF!DE(ETETETETE%VLA#>"=8(B?^!E’$(EEE’D&EE&(EEEF!&!FT(!TEE(QDE((DE!EEE$QEE&WLAPBEF(QEFT(EFKTEFEE&EFQ$(EF&EFKDEFEED&EF$?EF&(EFD?EFD!EFT!XX’’’EF$DEF$KEF(QEF$&’EFKDEF?&EF?(EF?EFK$.AGB’(FQEFD(F??F!EFE?EFDEFD(FDEF!EF$TEF(?FE,期李寶銘等Z高分子5富勒烯光伏電池的研究進(jìn)展,?,保證，從而有效地提高了器件的量子效率。為了提高光伏電池的性能，研究人員探討了高分子和富勒烯的類型、電極材料的選擇、器件的結(jié)構(gòu)及厚度、環(huán)境溫度等各個(gè)因素對光伏電池性能的影響。!"#$%&’()*等在/!0電極上旋涂一層12340!5166界面層，考察了此界面層對高分子5富勒+,-.衍生物薄膜，并且對這種薄膜的光伏性質(zhì)進(jìn)行了考察，結(jié)果表明，同傳統(tǒng)旋涂方法相比，26#技術(shù)可以從分子尺度上精確控制薄膜的厚度和結(jié)構(gòu)。另外，（制備出了!"1I’K等+;-.采用離子自組裝技術(shù)/6#<）納米量級尺度的聚對苯乙炔5富勒烯光伏電池，并且對器件的光學(xué)性能進(jìn)行了詳細(xì)地研究。此外，6"2"69G9$$&等+;O.烯光伏電池性能的影響。結(jié)果表明，具有1240!5166界面層的光伏電池除了開路電壓有一定的提高外，其它性能如短路電流、填充因子、轉(zhuǎn)換效率等都不同程度地降低。這主要是由于界面層的引入增加了電池內(nèi)部的串聯(lián)和并聯(lián)電阻的原因。同時(shí)他們還研究了器件的厚度和光照強(qiáng)度對電池光伏特性的影響。!"7%’89$%:等將<4<0=11>和1?0!作為（作為電子受給體材料，富勒烯衍生物@AB和1@C<）+;;.對窄帶隙高分子5富勒烯光伏器件的性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明這些器件的光譜響應(yīng)擴(kuò)展到了紅外區(qū)，轉(zhuǎn)換效率得到了有效地提高。V"M"V"LG&4(%$&等+?B.將窄帶隙高分子1!1!C作為電子給體材料，1@C<作為電子受體材料制備單層結(jié)構(gòu)光伏電池，當(dāng)入射光波長為ENB&8時(shí)，此器件仍然有光電流產(chǎn)生。體材料制作的光伏電池中，<4<0=11>和1@C<單層結(jié)構(gòu)光伏電池的短路電流和開路電壓具有最大值，分別為,8#5D8;和B"E;>。>FGHI8I%4JGK’&’L等+;?.利用電流=電壓關(guān)系研究了溫度在,BB=?BBM范圍內(nèi)變化時(shí)，高分子5富勒烯光伏電池的電學(xué)性質(zhì)，結(jié)果表明短路電流強(qiáng)度隨溫度的增加而增加，而當(dāng)溫度從室溫降至,BBM時(shí)，電壓從-NB8>增加到OPB8>。高分子5富勒烯光伏電池的環(huán)境穩(wěn)定性是制約其廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要因素。R$(S$TG($%等+;P.利Q"用#!U=7!/U光譜研究了高分子5富勒烯光伏電池中各組分及其混合物的穩(wěn)定性和降解過程。分析表明，高分子在光照有氧條件下具有很快的降解速率，這是光電導(dǎo)率衰減的主要原因。但是同富勒烯相混合，形成電子轉(zhuǎn)移給體=受體體系后，高分子的+;N.穩(wěn)定性顯著提高。<G%D’*UG8’*等將富勒烯采#"用鈀催化耦合反應(yīng)接枝到聚合物主鏈上，有效地改善了高分子5富勒烯體系的穩(wěn)定性能，并且利用光誘導(dǎo)吸收譜和光致發(fā)光譜觀察到了光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的發(fā)生。近些年來，隨著分子自組裝技術(shù)的發(fā)展，研究人員提出了一種制備高分子5富勒烯光伏電池的新方+（法=靜電自組裝技術(shù)26#）;A.。靜電自組裝技術(shù)是利用高分子電解質(zhì)稀溶液中相反電荷同步吸收的原理，在固體襯底上生成多層薄膜。此種方法具有可以調(diào)整和控制薄膜的結(jié)構(gòu)和厚度的優(yōu)點(diǎn)。V$WW$%JXCG(%等+;E.利用26#制備出了聚對苯乙炔和富勒烯N展望高分子5富勒烯光伏電池盡管具備諸多的優(yōu)點(diǎn)和誘人的前景，但較小的光電流和光電轉(zhuǎn)換效率，較差的環(huán)境穩(wěn)定性使它的實(shí)際應(yīng)用面臨許多問題，還需要進(jìn)行大量的研究工作。因此，首先必須從分子設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，對高分子材料進(jìn)行分子優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到最佳的能隙，從而有效地增加對太陽光譜的響應(yīng)范圍；其次對高分子5富勒烯光伏電池的工作原理和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，選擇最佳的高分子5富勒烯體系，對器件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使載流子在不同的相中具有最大的遷移率；再次選擇具有適當(dāng)功函數(shù)的金屬電極材料，以達(dá)到光伏電池中各部分能級的匹配，從而有效地收集光生載流子；最后優(yōu)化電池的表面結(jié)構(gòu)，使用抗發(fā)射膜，減少電極金屬的覆蓋面以獲得較大的填充因子和光電流。參考文獻(xiàn)：+,.楊金煥"太陽能發(fā)電的新時(shí)代+V."中國能源Y,OOPY,BZPE=PO"+;.6$%HG%6G%IDIW)DIR"1’FJ8$%ID[9’)’L’F)GID8G)$%IGF*+V."!"##$%&’()%)*%)%+*,)-+&.&$/0.&$#).,1+2)$%2$Y,OOOYPZ?E?=?E-"+?.M(’@9G&S*9(YM(8G%VGJG&)Y!%I[G)9J6(KG&)Y!"#$"6J&)9$*I*G&H[%’[$%)I$*’W+AB.W(FF$%$&$=[’FJLI&JF[J%IHI&$D’&\(SG)$*W’%[9’)’L’F)GIDH$LID$*+V."3*"#%.,*40.2#*5*,$2",.#+2)$%2$67"#$.%-8((,)$-!9$5)1&#Y;BB,Y;<],;^Z,P-,=,PO-"AC@功能材料與器件學(xué)報(bào)@@"T6A>卷!"#$%&%’%()*+),&-./-012+*&-340.%15*+!"#$67%89’,8,:/%;<=>;9884&404!?#6!"#$%&’"()*+,-.&’/*01-,2$+3+@>>A+456BACDE@"FFG@H>=6!H#I/-.%0%(*+J,4K48L+I4,’48<+!"#$6M84N:&%0,NO&%O4&:,4P%;O%8/34&G;9884&404P%8-&N488P!?#67&20$-&’,80,0&$.*9".-02+9+1:",-#1;)$".00<-%=,+@>>A+==HEAQG@>6!=#19P3-0$I+R4,P3-0JS6$,04:,NP%;;9884&404:&,O84:P:-:4P!?#680,0&$.*"%/*01-.&’>%20$10<-&20,+AFFQ+?@BHDE"CAG"HA6!Q#牟季美6納米材料和納米結(jié)構(gòu)6北京E科學(xué)出版社+@>>@+AAG@@6!T#S&-’4N<?+<&-(,0%1+)4,PP04&I+!"#$6UV4,0;8940N4%;3-:4&,-8PW%&.;90N:,%0%0:V4%O40N,&N9,:(%8:-X4%;O8-P:,NP%8-&N488P!?#6A*-%,"’-<(-’1,+@>>@+">CG">"EC=TGCQ@6!F#$-:P93,Y%PV,0%+$-Z9/-U-K-+1.,V,.%[9\,,+!"#$65%(48OV%:%(%8:-,NK4(,N4P’-P4K%0K%0%&G-NN4O:%&3%84N98-&-0KN%0K9N:,0XO%8/34&P/P:43P!?#6>BBBA$&%,&.2-"%,"%B’0.2$"%C0D-.0,+AFFQ+EEBTDEACATGAC@"6!A>#7-&,N,;:N,57+73,8%W,:Z2+]44X4&1?+!"#$6^V%:%,0K9N4KM84N:&%0U&-0P;4&;&%3-<%0K9N:,0X^%8/34&:%S9N.G3,0P:4&;9884&404!?#69.-0%.0+AFF@+?6FB@QDEA"Q"GA"Q=6!AA#]44\%%$,3+?,0Y%90X$,3+$W-0XV44244+!"#$6_&X-0,NOV%:%(%8:-,NN488P’-P4K%0N%0\9X-:4KO%8/34&‘;9884&404N%3O%P,:4P!?#6/#$$0%2G::’-0<)*+,-.,+@>>A+AEACFGA"C6!A@#)9&-:-$+7V,3%,Y+1’47+!"#$6^V%:%X404&-:4KO%8-&%0P,0O%8/BO-&-OV404/8404(,0/8404D!?#6/*01-.&’)*+,-.,+AFFT+@@QEAFFAG@>A6!AC#]-88P??)+^,NV84&$+[&,40KJ]+!"#$6MaN,:%0K,PP%GN,-:,%0-:-O%8/BOGOV40/8404(,0/8404D‘<=>V4:4&%G\90N:,%0!?#69+%2*02-.702&’,+AFF=+QQE@QQG@T>6!A"#[48K&-OO$+S&9::,0XR+7NVW%4&4&)+!"#$6^V%:%(%8:-,NM;;4N:,0S840K7/P:43P-0K]4:4&%P:&9N:9&4P%;^%8/BOGOV40/8404(,0/8404D-0K<=>!?#69+%2*02-.702&’+AFFF+A>AEAH=GAHQ6!AH#雀部博之6導(dǎo)電高分子材料6北京：科學(xué)出版社+AFTFE=A6!A=#Ybc+c1_?+]9334840?<+!"#$6^%8/34&^V%:%(%8:-,N<488PEM0V-0N4KM;;,N,40N,4P(,--54:W%&.%;L0:4&0-8I%0%&G1NN4O:%&]4:4&%\90N:,%0P!?#69.-0%.0+AFFH+?H5BAHDEAQTFGAQFA6!AQ#2447S+$V-’,’988-4(^$+d-.V,K%(11+!"#$6^V%:%G(%8:-,NO