HCPL-2630

   碳纳米管及石墨烯

   碳纳米管cNTs)具有独特的电学和力学性能,化学性质稳定,能级结构与导电聚合物的能级可以较好地匹配,使得高度离域的CNTs共轭电子体系 与相对定域的有机冗共轭体系,有相互作用的可能性。CNTs中的多壁碳纳米管(MWN飞)具有金属性,功函数在4,5-S,1eV[11剑,与聚合物的HOMo相匹配,有利于空穴的引出;而单壁碳纳米管rsWNTs)中部分具有金属特性,部分具有半导体特性no9l。具有半导体特性的sWNTs,功函数,与聚合物的LUMo相匹配,有利于电子的引出,是有效的电子受体。

    在有机太阳能电池中将CNTs作为添加剂引人,可提高器件性能。一方面由于有机物与CNTs界面形成的内建电场有利于激子的解离,另一方面CNTs高迁移率的特性,可提高传输特性,抑制载流子复合。另外,CNTs的加人,在不干扰聚合物结构的同时,可增加聚合物薄膜的平整性,提高载流子迁移率,有利于电荷的引出例如,在P3HT/PCBM混合物中加人适量CNTs,由于薄膜平整度的增加,器件效率提高至2.0%;将双壁CNTs与P3HT混合,再与一起制备的有机/无机杂化器件,功率转换效率。

    虽然CNTs有许多太阳能电池材料需要的优良特性,可以作为活性层中的添加剂使器件性能提高,但CNTs单独作为受体材料的器件,性能并不理想,功率转换效率不超过0.5%。这里有许多限制因素,例如,CNTs的纯度不够、溶解性不好、分散尺度不均一,以及金属特性与半导体特性的CNTs相互混杂等。

    近年来,平面型共轭碳原子单分子层形成的石墨烯成为有机电子材料研究的热点。石墨烯有一系列奇特电学性质,具体请参见2,5,10节。研究发现,石墨烯作为受体与给体P3HT共混形成的体异质结器件,其功率转换效率可达。