C60材料及互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　聚合物對光的吸收過程包括光激發(fā)下電子2 空穴對（即激子） 的產(chǎn)生和光電池兩電極對電荷的收集。電荷收集需要電子2空穴對事先分離 ，半導體材料間具有不同的離解能和電子親和力會促使激子的分離。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） 兩種不同有機化合物分別作為電子給體和受體研究復合體系的光電器件 ： ITO/ PTC/ CuPc/ Ag ，發(fā)現(xiàn)其效率較單一有機半導體光電器件有很大提高。但是有機物接受電子的能力不強 ，電子傳輸能力也差 ，因而限制了器件效率的進一步提高。C60的使用從很大程度上彌補了這一不足之處。它具有三維共軛結(jié)構(gòu)完美的對稱性和小的重組能 ，最多可以接受 6 個電子。相對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電荷轉(zhuǎn)移非常迅速 ，在亞皮秒級 ，量子效率幾乎與電荷分離效率相同。但實驗表明含 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 ITO/ MEH - PPV/ C60/ Au 雙層器件的光電性能進行了研究 ，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 ，總效率會因界面面積限制而降低。二是激子擴散的限制。激子的擴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)未到達界面就已復合。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 ，減小了激子的擴散距離 ，使更多激子可以到達界面進行電荷分離 ，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） 、聚對苯撐乙烯（PPV） 、聚吡咯（PPy）以及聚噻吩（PTh）