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   有机光伏活性材料介绍

   异质结界面处的光诱导电荷转移,是有机太阳能电池工作的主要机制。为了形成具有电荷分离作用的异质结,材料体系的选择非常重要。基本的给体与受体的能级要匹配。本节主要总结有机太阳能电池材料的研究进展。

    富勒烯个碳原子组成的球状分子。一个C⑾分子,利用电化学方法,最多可以被6个电子还原。源于球状共轭结构所产生的特殊能级结构,Cω具有非常好的光诱导电荷转移特性。即C⑾分子中单线态与三线态的能级相差很小csT0.15eVpb,自旋轨道的耦合常数很大,电子由单线态到三线态的系间窜越同时IsC过程的效率也很高⑿6%pη。因此,在给体和C⑾的界面,被C⒃接受的电子可以快速高效地由单线态转移到三线态,防止了电子再由Cω分子回到给体的逆过程,从而提高了电荷转移效率(接近100%lsl)。为有机太阳能电池中一些C⑾及其衍生物的结构。要求是给体具有较强的给出电子能力,受体具有较强的接受电子能量,当在Cω球体中央再加人一个六角圆环,可形成C",形状与一个英式橄榄球类似。都是很好的电子受体。它们既可以与小分子匹配(包括酞菁及其衍生物和噻吩寡聚物等),也可以与共轭聚合物匹配(包括聚噻吩和聚对苯乙烯撑衍生物等),形成电池的活性层。虽然C⑾较小的溶解性限制了它在以溶液方式加工的聚合物太阳能器件中的应用,但它在真空中能够稳定地蒸镀,可用来制备双层异质结器件。经过改良的Cω,PCBM([6,6]-phenyl C61-butyric acid methyl ester)具有较好的溶解性,被广泛地应用于聚合物器件中。除PCBM外,图4.24中的材料1是见诸报道的另一种具有高溶解性的C60类化合物,基于该材料的器件‰高,得到一系列包括PCBM在内的衍生物rPCBB等)。以它们为受体,MEHˉPPV为给体,进行了太阳能电池的研究。结果显示,新材料的溶解性可随分子中烷基链长的增加而提高,其中PCBB具有比PCBM优越的光敏特性,得到的器件性能较好。将PCBM中的苯基以噻吩基取代得到ThCBM材料,该材料具有与PCBM类似的电子输运特性,基于该材料的本体异质结太阳能电池器件3.0%IlOzl。值得注意的是,材料Cω及其衍生物在可见-近红外区的光吸收很小,以它们为受体材料设计器件时,应选取材料吸收性能较强的给体材料,或以其他的方法提高对太阳光的吸收。