导电高分子材料在太阳能电池方面的应用

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导电高分子材料的应用与性能优化

导电高分子材料的应用与性能优化

导电高分子材料的应用与性能优化近年来,导电高分子材料在科技领域的应用越来越广泛。

这种材料不仅具备传统高分子材料的优点,如轻质、透明、可塑性强等,还具有导电性能,能够在电子器件、储能设备和柔性电子等领域发挥重要作用。

本文将介绍导电高分子材料的一些应用领域,并探讨如何优化其性能。

一、导电高分子材料在电子器件领域的应用导电高分子材料在电子器件领域的应用已经取得了显著的进展。

例如,在有机太阳能电池中,导电高分子材料可以作为光伏层的主要材料,用于吸收光能并将其转化为电能。

相较于传统的无机太阳能电池,有机太阳能电池具有柔性、轻薄等特点,并且制造过程更加简便。

通过优化导电高分子材料的特性,我们可以提高有机太阳能电池的转换效率,推动其在可再生能源领域的应用。

此外,导电高分子材料还广泛应用于传感器领域。

例如,纳米尺度的导电高分子材料可以制造成高灵敏度的压力传感器,用于测量压力变化。

这种传感器可以广泛应用于医疗设备、人体健康监测等领域,帮助人们监测身体健康状况。

通过对导电高分子材料的控制和改良,可以提高传感器的灵敏度和稳定性,使其更具实用性和可靠性。

二、导电高分子材料在储能领域的应用随着可再生能源的快速发展,储能技术也变得越来越重要。

而导电高分子材料在储能领域的应用正受到广泛关注。

由于其良好的电导率和可塑性,导电高分子材料被用作储能设备的电极材料。

例如,锂离子电池中的正负极材料可以采用导电高分子材料进行改进,以提高其电化学性能和循环寿命。

此外,导电高分子材料还可以用于柔性超级电容器。

与传统电容器相比,柔性超级电容器在能量密度和功率密度等方面具有明显优势,因此在电动车、消费电子等领域有着广阔的应用前景。

为了优化导电高分子材料在储能领域的性能,研究人员进行了大量工作。

他们通过调控导电高分子材料的结构和界面特性,改善电化学性能和储能效率。

同时,通过合理设计电极结构和电解液体系,也能进一步提高导电高分子材料储能器件的性能。

导电高分子材料

导电高分子材料

导电高分子材料引言导电高分子材料是一类具有导电性能的高分子材料,通常通过将一定量的导电剂与高分子基体进行混合来实现。

导电高分子材料具有许多独特的性能和应用,因此在电子学、能源技术、催化剂等领域有着广泛的应用和巨大的发展潜力。

1. 导电机制导电高分子材料的导电性能主要来源于导电剂的存在。

常见的导电剂包括金属粉末、碳纳米管、导电聚合物等。

这些导电剂在高分子基体中形成导电网络,使得材料能够传导电流。

导电高分子材料的导电性能与导电剂的种类、含量、分散性以及高分子基体的性质密切相关。

2. 特殊性能与应用导电高分子材料具有许多特殊的性能,使得其在多个领域具有广泛的应用。

2.1 电子学领域导电高分子材料在电子学领域有着重要的应用,例如导电高分子材料可以用于制备有机导电薄膜晶体管(OFET),用于构建柔性显示器、智能传感器和可穿戴设备等。

导电高分子材料不仅具有良好的导电性能,还具有优秀的可拉伸性和柔韧性,能够适应各种复杂的电子设备形状。

2.2 能源技术领域导电高分子材料在能源技术领域也有广泛的应用。

例如,导电高分子材料可以用于制备柔性太阳能电池,用于光电转换、能源收集和储存等。

导电高分子材料具有较高的导电性能和光吸收性能,可以有效提高太阳能电池的能量转换效率。

2.3 催化剂领域导电高分子材料还可以作为催化剂载体,用于催化剂的载体和固定。

导电高分子材料具有较大的比表面积和多孔结构,能够提供更多的活性位点和催化反应的接触面积,从而提高催化剂的反应效率和稳定性。

3. 导电高分子材料的制备方法导电高分子材料的制备方法多种多样,常见的制备方法包括物理共混法、化学共混法、原位聚合法等。

其中,物理共混法是将导电剂和高分子基体通过物理混合来制备导电高分子材料,适用于一些导电剂与高分子基体相容性较好的体系;化学共混法是通过化学反应将导电剂与高分子基体结合,适用于一些导电剂与高分子基体相容性较差的体系;原位聚合法是在高分子合成过程中引入导电剂,使导电剂与高分子基体同时合成。

导电高分子材料的应用研究状况及发展趋势

导电高分子材料的应用研究状况及发展趋势

导电高分子材料的应用研究状况及发展趋势导电高分子材料的应用非常广泛。

首先,导电高分子材料在电子器件领域具有重要应用。

它们可以作为导电层、电极材料或者作为接触材料应用于OLED、OPV、OFET等器件中,改善器件的性能和稳定性。

其次,导电高分子材料在光电器件方面也有广泛应用。

例如,导电高分子材料可以用作透明电极在柔性有机太阳能电池中,提高电池的可弯曲性和稳定性。

此外,导电高分子材料还可以应用于能源存储领域,例如作为超级电容器的电极材料,提高超级电容器的能量密度和功率密度。

另外,导电高分子材料还可以用于生物传感领域,通过改变电荷转移性质来检测生物分子的存在。

在导电高分子材料的研究领域,目前主要集中在材料合成和性能改进方面。

为了实现导电性能,研究人员通常引入导电性的官能团或者直接制备掺杂型高分子材料。

例如,通过掺杂含有高度共轭结构的杂化分子到高分子材料中,如对苯二甲酸二甲酯(PTCDI)或者卟吩类分子,来提高导电性能。

此外,研究人员还通过优化高分子材料内部的相结构,改善材料的导电性能。

导电高分子材料的发展趋势主要包括以下几个方面。

首先,对于导电高分子材料的研究将趋向于合成方法和材料设计的精确化。

研究人员将继续探索不同的化学合成方法和材料设计策略,以获得具有高导电性能和稳定性的导电高分子材料。

其次,导电高分子材料在柔性电子领域的应用将得到进一步拓展。

随着柔性电子器件的发展,导电高分子材料将成为一个重要的研究和应用领域。

此外,为了提高导电高分子材料的性能和稳定性,研究人员也将继续通过掺杂、界面改性等手段来改进材料性能。

最后,值得注意的是,导电高分子材料仍然存在一些挑战。

首先,导电高分子材料的导电性能相对较差,需要进一步提高。

其次,导电高分子材料的稳定性也需要改进,特别是在长时间使用和极端环境下的应用中。

另外,导电高分子材料的成本也需要进一步降低,以促进其在大规模应用中的普及。

综上所述,导电高分子材料具有广泛的应用前景,在电子器件、光电器件、能源存储、生物传感等领域都有重要作用。

导电高分子材料在太阳能电池中的应用

导电高分子材料在太阳能电池中的应用

导电高分子材料在太阳能电池中的应用随着对可再生能源研究的不断深入,太阳能电池作为一种非常广泛应用的新型能源技术,成为了可持续发展的重点之一。

而在太阳能电池中,导电高分子材料的应用,更是被越来越多的研究者所青睐。

一、导电高分子材料概述导电高分子材料,简单来说,就是指具有导电性质的高分子材料。

由于其独特的基本结构和电学性质,使得它们具备了高导电率、导电稳定性和高光电转换效率等特点,赋予了其在太阳能电池中的广泛应用价值。

目前,常见的导电高分子材料主要包括有机导电高分子材料和无机导电高分子材料两类。

其中,有机导电高分子材料性质柔软、可塑性强、容易加工,常见的有:聚咔唑、聚苯胺、聚噻吩等。

而无机导电高分子材料则主要由金属氧化物、碳基材料等组成,从而具有优异的导电性能,比如:氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铋(Bi2O3)等。

二、导电高分子材料在太阳能电池中的应用1、有机太阳能电池(Organic Solar Cell,OSC)有机太阳能电池是由有机导电高分子光敏材料组成的光电转换器件。

其基本结构是聚合物和全染料太阳能电池(P-Type/N-Type)。

在有机太阳能电池中,导电高分子材料可以应用于有机太阳能电池的所有层次,包括光敏层、电子传输材料层、电极材料层等。

其中,光敏层是太阳能电池的重要组成部分,其能够吸收光的能量并转换为电能。

导电高分子材料可作为有机太阳能电池的光敏层,具有优异的光电转换效率、稳定性等特点。

同时,聚合物的可调制性使得光敏层能够通过对聚合物的相关合成技术进行调控,从而实现光电转换效率的提高。

2、无机太阳能电池(Inorganic Solar Cell,ISC)无机太阳能电池是由无机导电高分子光敏材料组成的光电转换器。

同样地,导电高分子材料在无机太阳能电池中也可以应用于多层次组成部分。

在无机太阳能电池中,光敏层通常是由银锡硒(Ag(In)Se)、铜铟硒(CuInSe2)等无机材料构成的。

导电高分子材料的进展及应用

导电高分子材料的进展及应用

导电高分子材料的进展及应用近年来,随着电子信息技术的迅猛发展,导电高分子材料越来越受到人们的关注。

导电高分子材料不仅具有普通高分子材料的优良性能,还具有良好的导电性、导热性、光学特性和机械性能。

在传感器、聚合物太阳能电池、有机发光二极管、导电墨水等领域具有广泛的应用前景。

目前,导电高分子材料的研究热点主要包括三大方面:第一,寻求新型导电高分子材料,如类金属、碳基高分子材料等,以提高材料的导电性和稳定性;第二,研究合成导电高分子材料的新方法,如单体共聚合法、离子液体法等,以提高材料的性能和制备效率;第三,开发导电高分子材料的新应用,如导电隔热材料、柔性电子器件等,以拓宽其应用范围。

其中,类金属和碳基高分子材料是当前研究的重点。

类金属高分子材料由于具有良好的导电性和机械性能,已被广泛应用于传感器、聚合物太阳能电池等领域。

碳基高分子材料因其具有嵌入式的碳元素,不仅具有好的导电性和机械性能,还具有优异的化学稳定性和生物兼容性,因此也具有广泛的应用前景。

另外,导电高分子材料的制备方法也得到了不断的改进。

单体共聚合法是当前研究的热点之一。

该方法可以将不同单体进行共聚合,以得到具有多种性质的高分子材料;离子液体法则可制备无机-有机复合材料,以提高材料的导电性和稳定性。

最后,导电高分子材料的应用前景也十分广阔。

导电隔热材料是目前研究的热点之一,其可以用于隔热材料和导热材料。

同时,柔性电子器件也是导电高分子材料的研究热点。

相较于传统的硅基材料,导电高分子材料更加轻薄柔软,可以制成柔性电子器件,应用于可穿戴电子、智能家居等领域。

总之,导电高分子材料具有广泛的应用前景,并且其研究重点逐渐向新材料、新方法、新应用领域发展。

相信在不久的将来,导电高分子材料将会得到更广泛的应用。

导电高分子材料在光电应用中的研究

导电高分子材料在光电应用中的研究

导电高分子材料在光电应用中的研究随着科技的不断进步,光电子技术在我们的生活中扮演着日益重要的角色。

而导电高分子材料作为一种新型的材料,在光电应用中展现出了巨大的潜力。

本文将探讨导电高分子材料在光电应用中的研究进展和应用前景。

首先,我们来了解一下导电高分子材料的基本性质。

导电高分子材料是一种能够传导电流的聚合物材料。

相比于传统的导电材料如金属和半导体,导电高分子材料具有重量轻、柔韧性好以及可塑性强等特点。

这使得导电高分子材料在光电应用领域中具备了独特的优势。

导电高分子材料在光电器件中的应用是研究的热点之一。

目前,已有许多导电高分子材料被应用于有机太阳能电池、有机发光二极管(OLED)以及柔性电子设备等。

以有机太阳能电池为例,导电高分子材料作为太阳能电池的光电转换层,能够将太阳能有效转化为电能。

同时,导电高分子材料的柔性特性使得太阳能电池具备了更大范围的应用空间,可以被应用于建筑外墙、交通工具以及可穿戴设备等。

另外,导电高分子材料在光电储能领域也有广阔的应用前景。

光电储能技术是未来能源领域的重要方向之一。

通过将能量转化为电能并存储起来,实现高效利用。

导电高分子材料由于其导电性,可以被应用于光电储能设备中的电池、超级电容器等。

这不仅能够提高储能设备的性能,还可以大大提高储能设备的可靠性和寿命。

然而,导电高分子材料在光电应用中仍面临一些挑战。

首先是导电性能的稳定性问题。

由于导电高分子材料易于因光照、湿度以及温度等环境条件的变化而导致性能的衰减,因此需要通过合理的结构设计和材料改性来提高导电性能的稳定性。

此外,导电高分子材料的制备成本也是一个挑战。

目前,导电高分子材料的制备方法相对复杂且成本较高,需要进一步的研究和发展来降低成本,提高制备效率。

综上所述,导电高分子材料在光电应用中具有巨大的发展潜力。

随着科技的进步和人们对绿色能源的需求增加,导电高分子材料将在太阳能电池、发光二极管、电池等光电器件中发挥重要作用。

导电高分子材料制备及其应用

导电高分子材料制备及其应用

导电高分子材料制备及其应用随着科学技术的不断发展,导电高分子材料已经成为了一种十分热门的材料。

导电高分子材料的制备主要是利用高分子材料的导电性质,将其制备成具有导电性能的材料,然后进一步应用到各种领域当中。

一、导电高分子材料的制备方法导电高分子材料的制备方法很多,其中较为常见的有以下几种:1. 化学还原法化学还原法主要是通过还原剂的作用,使含有金属离子的高分子材料还原成具有金属性质的材料。

这种方法简单易行,但是对高分子材料的电化学性能有一定影响。

2. 物理气相沉积法物理气相沉积法是通过将高分子材料加热至一定温度,然后将金属蒸气沉积到高分子材料表面,制备出金属导体高分子复合材料。

这种方法可以制备出具有优异性能的导电高分子材料。

3. 溶液凝胶法溶液凝胶法是利用含有金属离子的溶液,通过在高分子材料中加入凝胶剂,使高分子材料凝胶,并且将金属离子和高分子材料形成化学结合,制备出导电高分子材料。

这种方法既简单又易行,制备出来的导电高分子材料也具有优异的性能。

二、导电高分子材料的应用领域导电高分子材料具有很广泛的应用领域,在电子、医药、新能源等领域都有广泛的应用。

1. 电子领域在电子领域,导电高分子材料主要应用于塑料透明导电膜、显示器件及其驱动电路、LED器件、半导体器件等。

这些应用大大提高了电子设备及电子行业的性能和品质。

2. 医药领域在医药领域,导电高分子材料主要应用于生体医学成像、药物输送、人工器官制备、医用传感器等。

这些应用可以为医学诊疗提供便利和支持。

3. 新能源领域在新能源领域,导电高分子材料主要应用于太阳能电池、燃料电池、储能设备、电动汽车等。

这些应用可以为能源领域提供更好的可持续发展方案。

三、导电高分子材料的未来展望随着科学技术的不断进步,导电高分子材料也将在更多的领域得到应用。

我们可以采用更多的制备方法和新的复合策略来制备出更优异的导电高分子材料,进而拓展更广阔的应用领域。

在未来,导电高分子材料也将逐渐走向实用化,进一步推动工业革命和人类生活的不断进步。

导电高分子材料的最新进展及应用领域

导电高分子材料的最新进展及应用领域

导电高分子材料是一种具有导电性的聚合物材料,它在近年来取得了巨大的进展,并在许多领域中得到广泛应用。

本文将深入探讨导电高分子材料的最新进展和应用领域,以帮助读者更好地理解这一领域的前沿技术。

首先,让我们先了解一下导电高分子材料的基本概念。

导电高分子材料是一种具有电导性能的聚合物材料,它能够传导电流,并具有一定的导电性能。

相比传统的非导电聚合物材料,导电高分子材料具有多种独特的性能和应用优势。

它们既能发挥聚合物材料的机械柔性和化学稳定性,又能提供导电性能,因此受到了广泛的关注。

在过去的几年里,导电高分子材料领域发生了许多重要的进展。

其中一个重要的进展是新型导电高分子材料的开发。

传统的导电高分子材料通常是通过掺杂导电添加剂或导电材料来实现导电性能,但这种方法会导致材料的导电性能不稳定或导电性能低下。

因此,研究人员开始开发新型的导电高分子材料,旨在提高材料的导电性能和稳定性。

最近的研究表明,通过将导电材料纳米颗粒均匀分散于聚合物基体中,可以有效地提高导电高分子材料的导电性能。

同时,研究人员还开发了一种独特的自组装方法来制备导电高分子材料,这种方法不仅能够提高材料的导电性能,还能够控制材料的结构和性能。

除了新型导电高分子材料的开发,导电高分子材料在许多应用领域中也取得了重要的进展。

其中一个应用领域是柔性电子学。

导电高分子材料具有良好的柔性和可塑性,因此非常适合用于制备柔性电子器件。

例如,导电高分子材料可以用于制备柔性显示屏、可穿戴设备和柔性太阳能电池等。

这些器件具有轻薄、可弯曲和可卷曲的特点,能够适应各种复杂的曲面和环境,因此在电子产品的设计和制造中有着广泛的应用前景。

此外,导电高分子材料还可以应用于能量存储和传输领域。

由于其良好的导电性能,导电高分子材料可以用于制备高性能的超级电容器和锂离子电池等能量存储设备。

相比传统的能量存储材料,导电高分子材料具有高能量密度、高功率密度和长循环寿命等优势,因此在新能源领域具有巨大的应用潜力。

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导电高分子材料在太阳能电池方面的应用高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料,包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。

除一般的结构材料外,一些高分子材料还具有光电磁等性能。

下面,本文将对导电高分子材料在太阳能电池方面的应用作一下介绍。

太阳能是取之不尽用之不竭的清洁能源,将太阳能转换成电能的太阳电池成为各国科学界研究的热点和产业界开发的重点。

聚合物薄膜太阳能电池较已经发展的较为成熟并且商品化了的硅电池、薄膜无机电池以及染料敏化电池,有着成本低、重量轻、制作工艺简单、可制备成柔性器件等突出优点,另外聚合物材料种类繁多,可设计性强,有希望通过结构和材料的改性来提高太阳电池的性能。

因此,这类太阳电池具有重要发展和应用前景。

聚合物材料在太阳能电池上的应用包括作为给体材料,受体材料,空穴传输层材料已经柔性电极,在此,我们只对其作为给体材料做简单介绍。

在太阳能电池中有几个非常重要的表征参数:PCE(光电转换效率)、Voc(开路电压)、Jsc(短路电流)、FF(填充因子)。

而这些参数与聚合物的吸收光谱、电荷载流子密度、电子能级、溶解性以及聚集和形貌有着密切关系。

首先,我们希望共轭聚合物材料在可见-近红外区应该具有宽而强的吸收,从而有利于Jsc的提高;另外,我们需要给体材料有高的空穴迁移率,受体材料有高的电子迁移率,并且尽量保证空穴电子传输平衡;因为给体和受体的LUMO能级差必须满足一定条件才能实现激子分离,而且受体的LUMO和给体的HOMO 能级差值决定电池的Voc,所以在保证较窄的带隙和激子的有效电荷分离的前提下,适当降低给体的HOMO能级或提高受体的LUMO能级可以提高聚合物太阳能电池的Voc,从而提高电池的能量转换效率。

因为这种电池的活性层是由给/受体的混合溶液涂膜制备的,因此给体和受体材料都需要有好的溶解性和成膜性。

最后,给体和受体的适度聚集可以增强材料对材料对太阳光的吸收和提高载流子传输性能,但过度聚集会影响给/受体的互穿网络结构的形成,从而影响激子解离,所以我们希望给体和受体光伏材料具有适度的聚集和优化的互穿网络结构的性能。

下面将基于以上几点对以下具体的聚合物材料做介绍。

一、p-型共轭聚合物作为给体光伏材料1、聚噻吩衍生物聚噻吩在导电聚合物和共轭聚合物光电子材料方面都占有重要地位。

在掺杂导电聚合物方面,聚噻吩与聚吡咯和聚苯胺一起是研究得最多的导电聚合物材料。

尤其值得指出的是,得到商品化应用的透明导电聚合物PEDOT:PSS(被广泛应用于聚合物发光二极管和聚合物太阳电池的阳极修饰层、透明防静电涂层和导电聚合物的固体电容器中)就是一种聚噻吩衍生物。

高导电的PEDOT:PSS也被用作柔性透明导电电极材料。

2002年,Alivisatos等在研究共轭聚合物、CdSe半导体纳米棒杂化太阳能电池是使用了聚(3-己基噻吩)(P3HT)作为共轭聚合物给体材料,能量转换效率达到1.7%[1]。

现在P3HT已成为最具代表性的共轭聚合物给体光伏材料,其优点是高的空穴迁移率、与富勒烯衍生物受体PCBM能形成恰到好处的纳米尺度聚集的互穿网络结构、适宜制作大面积光伏器件等。

但是,P3HT也存在HOMO能级太高和吸收光谱不够宽等问题,降低HOMO能级和拓宽可见区吸收是设计新型聚噻吩衍生物光伏材料需要考虑的主要问题。

无取代基的聚噻吩不溶不熔,烷基取代是改善其溶解性的有效途径。

在聚噻吩中将具有“首尾-首尾”结构单元所占的比例看作聚噻吩的区域规整度。

具有区域规整的P3AT由于重复单元之间的空间位阻比较小,容易得到更好的平面性和更强的链间相互作用,所以与非区域规整的聚噻吩相比,其有效共轭长度有明显的提高、吸收光谱红移和拓宽并且具有更高的迁移率。

P3AT的光伏性能以P3HT最佳,烷基链增长和减小都会使其光伏性能变差。

具体的说,器件的开路电压随烷基链的增长而稍有提高,但短路电流值随烷基链的增长而显著下降,导致能量转换效率也下降。

P3AT分子量的大小对光伏性能也有影响,这主要是因为其空穴迁移率与分子量有关,分子量越大迁移率越高,同时,P3AT的分散度和器件退火温度也对光伏性能有较大影响。

基于商品化的P3HT和PCBM,其光伏效率可稳定在3.5% 到4.0%,是目前使用最多的聚合物给体材料。

为提高光吸收,考虑增强共轭程度,研究者把共轭支链引入到聚噻吩的结构设计中[2,3],从而拓宽了可见吸收并提高了空穴迁移率。

又有研究者设计合成了共轭链段桥连的交联型聚噻吩衍生物[4,5],即在两条聚噻吩链间插入一个共轭桥链,可以有效的提高空穴迁移率,但是大的共轭桥连会使这个链发生扭曲,所以光伏性能也不理想。

2、聚对亚苯基乙烯主链含乙烯双键的共轭聚合物具有简单的主链结构。

其中聚对亚苯基乙烯(PPV)衍生物(主要是MEH-PPV和MDMO-PPV)具有强的荧光和高的光电转换外量子效率,但其吸收边只有550nm,导致其太阳光利用率低,同时其链间相互作用较弱导致其空穴迁移率较低,所以其最高光伏效率只能达到3%左右[6]。

但是由于MEH-PPV和MDMO-PPV属于最具代表性的光电活性共轭聚合物之列,因此它们在聚合物太阳能电池器件物理的研究中仍可发挥重要作用。

另外它们也属于效率较高的宽带隙光伏材料,将来也有可能在多级叠层聚合物太阳电池中得到应用。

为提高空穴迁移率,研究者又合成了聚噻吩乙烯(PTV)衍生物,这类聚合物具有较窄的带隙,宽的可见区吸收,高的空穴迁移率等突出优点,但是烷基取代PTV没有荧光,导致其光伏性能很差[7]。

通过吸电子基团酯基取代使PTV衍生物呈现了弱的荧光,并且光伏性能显著提高,超过了2%[8]。

宽吸收和高空穴迁移率使PTV衍生物成为潜在的、具有简单主链结构的高效聚合物光伏材料,但是要想把潜力变为现实,还需做出艰苦的努力。

3、窄带隙D-A共聚物给体光伏材料高效聚合物给体光伏材料需要可见-近红外区宽的吸收(较窄的带隙)以及适当较低的HOMO能级,这些都可以通过合适的给电子(D)和受电子(A)结构单元的D-A共聚物来实现,因此这类共聚物近年来成为聚合物太阳电池新型共轭聚合物给体光伏材料研究的主要对象。

聚合物材料的带隙受其主链结构、侧链结构及链间相互作用等因素影响。

降低聚合物材料带隙的方法主要有引入给电子单元-吸电子单元交替结构和引入醌式结构。

2003年,Andersson和Inganas等首次将芴与苯并噻二唑的D-A 共聚物PFDTBT用于聚合物太阳电池的给体光伏材料,获得了2.2%的光电能量转换效率[9],而最近合成的多个D-A共聚物给体材料的光伏效率超过了7%[10-13]。

Chen[14]合成了基于四联噻吩与苯并噻二唑的D-A共聚物POD2T-DTBT,该聚合物具有较低的HOMO能级和较窄的带隙,膜的吸收边达到780nm,以及高的空穴迁移率,用FET即场效应晶体管方法测量的空穴迁移率高大0.2cm2/V.s.基于该聚合物和PC70BM的光伏器件的Voc=0.722V,Jsc=12.3mA/cm2, FF=70.5%,光电转换效率达到了6.26%。

Wei[13]研究了溶剂添加剂对基于二联噻吩与噻吩并吡咯二酮(TPD)的共聚物PBTTPD光伏性能的影响,以PC70BM 为受体,用1,6二碘己烷作为添加剂,光电转换效率达到了7.3%。

基于芴的D-A共聚物PAFDTBT[15]在使用1,8二碘辛烷作为添加剂,以PC70BM作为受体的效率也从4.8%提高到了6.2%。

将芴中碳原子用硅原子代替后得到了硅芴单元,硅芴单元比芴单元的聚合物具有更好的载流子传输能力。

曹镛等[16]合成了硅芴和苯并噻二唑的交替共聚物PSiF-DBT,其膜的带隙为1.82eV,吸收边700nm。

以PCBM作为受体,器件的Voc=0.90V,Jsc=9.5 mA/cm2,FF=50.7%,PCE达到5.4%。

其器件高的开路电压得益于该聚合物较低的HOMO能级。

Leclerc等[17,18]最早把基于咔唑和苯并噻二唑的D-A交替共聚物PCDTBT引入到光伏材料中。

该聚合物有很好的热稳定性,其薄膜在300~700nm有两个吸收峰,吸收边在660nm,对应的带隙为1.88eV。

基于PCDTBT/PCBM 的光伏器件的开路电压短路电流以及能量转换效率分别为0.89V,6.92 mA/cm2和3.6%。

后来,Heeger等通过使用TiOx阴极修饰层(起到光学隔离层和空穴阻挡层的作用),并使用PC70BM,使基于PCDTBT 的聚合物太阳能电池的效率提高到6.1%。

另外,基于二噻吩并噻咯、苯并二噻吩等的给体单元的D-A共聚物也都表现出了有潜力的光伏前景。

总之,目前研究的作为聚合物太阳能电池给体材料的共轭聚合物种类繁多,很多都表现出了优异的或者有潜力的光伏性能,而且可以通过改变主链结构及侧链取代基的方法进一步优化其性能,为聚合物太阳能电池将来取代硅电池以及无极薄膜电池等提供了无限可能。

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