C60材料及互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　聚合物對(duì)光的吸收過程包括光激發(fā)下電子2 空穴對(duì)（即激子） 的產(chǎn)生和光電池兩電極對(duì)電荷的收集。電荷收集需要電子2空穴對(duì)事先分離 ，半導(dǎo)體材料間具有不同的離解能和電子親和力會(huì)促使激子的分離。因此 ，用單一聚合物材料制成的器件效率通常都很低 （約 10 - 3 - 10 - 2 %） 。Tang［14 ］ 用酞菁（MPc） 、　紅（PTC） 兩種不同有機(jī)化合物分別作為電子給體和受體研究復(fù)合體系的光電器件 ： ITO/ PTC/ CuPc/ Ag ，發(fā)現(xiàn)其效率較單一有機(jī)半導(dǎo)體光電器件有很大提高。但是有機(jī)物接受電子的能力不強(qiáng) ，電子傳輸能力也差 ，因而限制了器件效率的進(jìn)一步提高。C60的使用從很大程度上彌補(bǔ)了這一不足之處。它具有三維共軛結(jié)構(gòu)完美的對(duì)稱性和小的重組能 ，最多可以接受 6 個(gè)電子。相對(duì)于共軛聚合物有高的電子親和勢以及較好的電子傳輸性能 ，是非常理想的電子受體。在 C60中分離激子約需 213 - 213eV［15 ］的能量 ，這在紫外2 可見光范圍內(nèi)是完全可行的。激發(fā)態(tài)下的 C60和聚合物間的光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移非常迅速 ，在亞皮秒級(jí) ，量子效率幾乎與電荷分離效率相同。但實(shí)驗(yàn)表明含 C60的雙層或多層結(jié)構(gòu)的聚合物材料 （如 PPV［16 ］ ，MEH2PPV［17 - 19 ］ ， P3AT［20 ］） 做成的太陽電池效 率 仍 很 低。如 Sariciftci［18 ］ 對(duì) ITO/ MEH - PPV/ C60/ Au 雙層器件的光電性能進(jìn)行了研究 ，發(fā)現(xiàn)其填充因子為 0148 ，開路電壓為 0144V ，短路電流為 2108 ×10 - 6A/ cm2 ，能量轉(zhuǎn)換效率為 0104 %。激子 在 異 質(zhì) 結(jié) 處 發(fā) 生 電 荷 分 離 的 效 率 接 近 100 % ，但雙層或多層結(jié)構(gòu)光電池的效率卻低得多。這主要有三方面的原因 ：一是電荷的分離只有在異質(zhì)結(jié)的界面處才能發(fā)生 ，總效率會(huì)因界面面積限制而降低。二是激子擴(kuò)散的限制。激子的擴(kuò)散距離只有光吸收層的十分之一 ，因此光照產(chǎn)生的激子大多數(shù)未到達(dá)界面就已復(fù)合。三是受載流子收集效率的限制。分離電荷必須在電極上被收集才有效 ，雙層或多層結(jié)構(gòu)不利于載流子的傳輸與收集 ，造成了效率低下。1995 年 Yu［10 ］采用了一種新的互穿網(wǎng)絡(luò) （interpentrating network） 結(jié)構(gòu) ，能量轉(zhuǎn)換率為 219 %。這種結(jié)構(gòu)增大了給、受體的接觸面積 ，減小了激子的擴(kuò)散距離 ，使更多激子可以到達(dá)界面進(jìn)行電荷分離 ，這種異質(zhì)結(jié)稱為體相異質(zhì)結(jié)（bulk2heterojunction） 。此外 ，這種結(jié)構(gòu)中電子可以通過受體網(wǎng)絡(luò)傳遞到 Al、Mg 等低功函電極 ;空穴可通過供體網(wǎng)絡(luò)傳遞到 ITO、Au 等高功函電極 ，更有利于載流子的傳輸與收集。

　　聚合物太陽電池材料

　　常見的有聚乙烯基咔唑（PVK） 、聚乙炔（PA） 、聚對(duì)苯撐乙烯（PPV） 、聚吡咯（PPy）以及聚噻吩（PTh）