第八章 有机聚合物太阳电池(3)

分布于共沉积中间层。因此，对有机太阳能电池来说，为了取得实质性的进展，可以开发功能分离型多层结构的光电池，可以对每一层材料的进行合理选择，包括无机半导体材料。

Yu等和Gao等报道了由施主和受主混合而成膜制造而成的器件。在此结构中施主和受主分子紧密接触形成D-A双连续网络，这有利于提高电荷分离效率。在原先的两层和三层结构的器件中，激子复合频率随距异质结距离的增加而增加。而在施主-受主体系，由于异质结分散在整个膜体系，转移到受主的电荷能够超过复合的电荷从而提高体系的转换效率。就此例而言，Poly(2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1，4-phenylene viny-lene)(MEP—PPV)为施主，fullerene的衍生物(C60)为受主，电极是ITO和Ca或Al；器件的制备是在ITO上旋转涂敷MEH—PPV/C60后真空沉积Ca或Al而完成。

使用Ca或Al和ITO分别作为阴阳电极很重要，这主要由于它们的功函差异导致在光电池膜内产生大的内部场，这种内部场能够将光照形成的电子和空穴驱向适当的电极并且即使体系没有外界偏场存在也能够引发光伏打电流；其转换效率为2.9%。

K.Yoshino等制备了一种双异质结太阳能电池，其中OEP(octaethylprohine)为激发中间层，C60为受主，OOPPV(poly-(2，5-diocyloxy-p-phenylene vinylene))为施主。此电池的转换效率为0.016—0.029%。将施主和受主分子结合有三种不同的方法。其一是将施主和受主分子分别涂敷在导体表面形成双层(单异质结)；其二在施主和受主分子之间插入一层激子中间层，在此产生的空穴和电子就向施主和受主层迁移(双异质结)；其三就是将施主和受主分子混合在一起从而在整个器件内形成一个异质结体系。在任何一种情况下，化学成份，薄膜厚度和界面类型(双层、三层等)的变化都是为了提高器件的效率(一般)而考虑。

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图12

4.混合异质结结构

单纯的异质结结构由于接触面积有限，使得产生的光生载流子有限。为了获得更多的

光生载流子必须扩大异质结构的接触面积。于是人们构造了混合的异质结结构(见图13)。1997年Gao等报道了由给体(M EH 2PPV)和受体(C60)混合成膜而造成的器件。在此结构中给体和受体分子紧密接触而形成D-A连续网络， 这有利于提高电荷的分离效率。在这个体系中由于异质结分散在整个膜的体系，转移到受体的电荷能够超过复合的电荷从而获得更高的转换效率。电极分别是ITO和Ca或A l，器的制备是在ITO上旋转涂敷M EH-PPV -C60混合材料，然后真空沉淀Ca或A l而完成。使用Ca或A l和ITO分别作为正负电极很重要，因为它们的功函差异导致在光电池膜内产生大的内部场，这种内部场能够将光照形成的电子和空穴驱向适当的电极并且即使体系没有外界偏场存在也能够引发光伏打电流；其转换效率达到了2.9%。2001年Sean E Shaheen等利用聚合物M DM O-PPV和C60衍生物[6，6]-PCBM构造了一种混合的异质结构，见图14所示。该器件还分别采用PEDOT和L iF作为电极修饰层。在AM 1.5光照下该器件的短路电流J sc=5.25 Ma/cm，开路电压V oc=0.82 V，F F=0.61，能量转换效率Γ=2.5%。

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图13

图14

8.4有机太阳能电池材料

8.4.1电极材料

有机太阳能电池器件一般具有平面层状结构，有机光吸收层夹在两个电极之间，其中一

个电极必须是半透明的，常常采用的是氧化铟锡(ITO)，而另一个电极则一般采用的是金属电极，如Al、ca、Mg、An等。

阳极材料首先应该是透明的，以保证发出的光有效的透出。ITO（氧化铟锡）导电玻璃是目前比较常用的阳极材料，它在可见光区域是透明的导体。另外河北大学还采用了银、铜、镍金属网格电极如图所示。

图15 银、铜、镍金属网格电极

阴极材料在试验中常用的有Al、Mg：Ag合金等。

1.5.2空穴传输层材料

常用的空穴传输层材料为PEDOT：PSS（3，4-乙烯二氧噻吩/聚4苯乙烯磺酸钠）(poly (3 ,4-ethylenedioxythio-phene) ∶Ploystyrene sulfonic)，PEDOT ∶PSS在这里是作为 ITO 的修饰层(空穴传输层) , 提高功函数。

1.5.3电子传输层材料

常用的电子传输材料为LiF，LiF修饰层（电子传输层）的引入 ,大大提高了器件的开路电压和填充因子 ,改善了器件的能量转换效率[19]。

1.5.4活性层材料

太阳能电池活性层材料主要包括电子给体和电子受体材料二大类，由它们构成本体异质结或P/N结，用作太阳能电池的光活性层。特别是近些年来，导电聚合物在太阳电池方面的应用更是引起了人们前所未有的关注。这类材料不但可以方便地制得大面积的器件，还可以制得超薄、柔性的“软”太阳电池。

1、 电子给体材料

电子给体材料种类很多，包括聚乙烯咔唑类、聚苯胺、聚吡咯、聚对苯撑乙烯（PPV）及其衍生物、聚噻吩(PT)及其衍生物、聚芴（PF）及其衍生物等。常见的电子给体材料如 图所示。

PVK

PAn

2、电子受体材料

图16 电子给体材料