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1、摘要聚合物太阳能电池是一种新型的太阳能电池，它拥有着成本低、厚度薄、质量轻、制造工艺简单、可做成大面积柔性器件等等的优势，因此聚合物太阳能具有广阔的发展空间和应用前景，同时越来越受人们的关注。随着新材料的发展，越来越多的聚合物太阳能材料不断的出现，大大改善了聚合物太阳能电池的能量转换效率。利用氧化锌与PFEO-b-PCNBr、PFEO-b-PCNBr嵌段共轭聚合物的自组装以及嵌段聚合物本身自组装性能来共同改善表面形貌，提高其微观结构有序性，进而提高电子迁移率，最终以提高器件效率的作用，使器件效率达到了3.2 %。拟探讨不同嵌段共轭聚合物主链对器件效率的影响，从而制备高效水/醇溶性环境友好有机聚
2、合物太阳能电池。关键词：共轭聚合物；阴极缓冲层；聚合物太阳能电池；能量转化效率AbstractPolymer solar cell is a new type of the solar cell. It have attracted more and more attentions because of their advantages of low cost, thin, light-weight, simple fabrication processes, and flexibility in large-area applications. Therefore polymer solar
3、 has broad space for development and application prospects. With development of the new materials, more and more new materials of the polymer solar cell has appear, it has greatly improved energy conversion efficiency of the polymer solar cell. In this Article. Using ZnO and block polymers of conjug
4、ated self-assembled and self-assembly properties of the block polymer itself to jointly improve the surface morphology, structural order to improve the microstructure, thereby increasing the electron mobility, and ultimately to improve the device efficiency role. The device efficiency of 3.2 %. Diss
5、cussing the influence of different blocks of conjugated polymer main chain of the device efficiency in order to prepare of efficient water/alcohol-soluble organic polymer solar cells and environment-friendly.Keyword: block conjugated polymer; cathode buffer layer; polymer solar cell; power conversio
6、n efficiency嵌段共轭聚合物电解质的合成应用于有机光伏电池阴极电极缓冲层1. 前言时代在变迁，人们也在进步，21世纪是工业化时代，全球消耗的资源不断上升，而人们目前能源主要是煤、石油、和天然气等化石能源，这些能源是地球经过几百年，甚至几亿年才形成的不可再生资源，虽然推动了世界经济的发展，但是也会造成许多问题，比如环境的污染，燃烧不充分造成大气污染，CO2的大量排放导致温室效应等影响，所以需找一种环保、清洁、可再生的新能源迫在眉睫。在地球上不乏这样的资源，如风能、水能、地热能、潮汐能和太阳能等可再生的资源，相比较之下，太阳能表现的最为出色，它不仅取之不尽用之不竭而且并没有太多的污染，越
7、来越受科研工作者的重视，不断深入的探索太阳能的应用领域。我们不仅可以直接使用太阳能的光能用来照明，取暖，还可以将太阳能转变成我们的电能，所以太阳能电池会慢慢的出现在我们的身边。太阳能电池主要有有机太阳能电池和无机太阳能电池，在过去的几十年里人们对无机太阳能电池的无数的研究使得无机太阳能的能量转换效率不断的提高，一般为18 %-20 %，但是无机太阳能的普及并不是很广，原因在于无机太阳能对制备它的材料纯度要求比较高，而且材料的来源缺乏，生产所需要的设备昂贵，在生产时会产生环境污染，并且器件柔性差等，这并不符合环境友好型、可再生、低污染的要求，所以人们转向了聚合物太阳能电池，聚合物太阳能电池对材料
8、的要求并没有那么严格，这使它的成本大大降低，并且使用的是共轭聚合物，其种类很多，使得制备所需要的材料来源广泛，而且可以通过不断的研究来优化共轭聚合物的合成途径，从而使制作聚合物太阳能电池的工艺最简化，同时，聚合物太阳能电池具有器件柔性好的特点，所以聚合物太阳能电池的研究成为当下炙手可热的研究方向。聚合物太阳能电池具有如此多的优点，又符合环境友好、可再生的要求，吸引着众多人们对不断的研究，不幸的是，聚合物太阳能电池的光电转换效率并不是很理想，例如1986年，Tang博士成功生产了一种聚合物太阳能电池，能量转换效率低的可怜，只有1 %左右。但是这并不能阻止人们对聚合物太阳能电池的进一步研究，人们发
9、现要想提高聚合物太阳能电池的能量转换效率就要找到合适的材料，然后对其进行合理的优化，并不断的改进，最后达到人们期望的高能量电池转换效率值。随着研究的深入，不同聚合物材料应用在聚合物太阳能电池中改善了聚合物太阳能电池的转换效率，例如2012年，效率到达了10.6 %，香港科技大学化学系颜河教授的研究团队通过应用新型的聚合物材料使得电池的转换效率进一步的得到提高，达到了10.8 %。如上所述，聚合物太阳能电池的能量转换效率还很低，还需要人们不断的探究。2.聚合物太阳能电池的结构聚合物太阳能的结构可以简单的分为两大类：单层结构和异质结构，其中异质结构又包括了多层结构（含双层结构）和体相异质结构。结构
10、如图1.1所示AlADPEDOT:PPS ITO玻璃基底Al有机聚合物薄膜PEDOT:PPS ITO 玻璃基底(1) 单层结构 (2) 双层结构玻璃基底AlAD+AD PEDOT:PPS ITO 玻璃基底AlD+APEDOT:PPS ITO 玻璃基底 (3) 体相异质结型结构 (4) 多层结构图1.l 器件结构图：(1)单层电池(2)双层电池(3)体相异质结型电池(4)多层电池2.1聚合物太阳能电池的工作原理和性能参数2.1.1 聚合物太阳能电池的工作原理当有一大于缓冲层材料禁带宽度能量的光照射到缓冲层材料的时候，就会让能量最高的已占分子轨道（HOMO）的电子摆脱束缚到低能量的空轨道（LUMO
11、）上，这就是激子（电子空穴对）的产生；产生的电子空穴对扩散到受体界面，然后电子传输到受体的低能量空轨道上，向受体材料的阴极移动；空穴在给体的高能量已占轨道上，空穴向给体材料的阳极移动，进而达到电荷分离扩散和收集的目的，其中电荷的收集至关重要，这就是聚合物太阳能电池的工作原理。其工作原理图如1.2所示。 图1.2 有机太阳能电池工作原理2.1.2 聚合物太阳能电池的性能参数聚合物太阳能的性能参数包括：开路电压(Voc)、短路电流(Isc)、填充因子(FF)、光电转换效率(PCE)以及外量子效率(EQE)，图1.3为太阳能电池的I-V曲线图1.3 太阳能电池的I-V曲线(1)开路电压(Voc)：当
12、太阳能电池的电流为最小值时，电路中产生最大电压，称为最大输出电压。影响聚合物太阳能电池最大输出电压的因素是聚合物太阳能电池的材料的带隙。(2)短路电流(Isc)：用导线接触电池的两端，使其不能正常工作时，电池会产生最大电流，最后使电池发生短路，光照强度以及聚合物太阳能电池材料的表面形态都会影响聚合物太阳能电池的最大电流。(3)填充因子(FF)：聚合物太阳能电池的功率取决于FF值。FF的值都小于1。在制作聚合物太阳能电池时要尽可能的降低它的电阻这样会使FF的值增大，从而提高聚合物太阳能电池的性能。其表达式为：FF = (Vmax Imax)/(Voc Isc) (4)光电转换效率(PCE)：光子
13、照射后所以产生的激子的功率占转换为电池输出功率的百分比叫做电池的光电转换效率。所以我们要制备高性能的聚合物太阳能电池就需要提高光电转换效率。其表达式为：PCE =Pmax /Pin=Vmax Imax/Pin= FF Voc Isc/Pin (5)外量子效率(EQE)：注入的光子数在取出电子数中占的百分率。称作外量子效率。其表达式为：在这个表达式中Nelectrons为注入的光子数，Nphotos为取出的电子数。3. 聚合物材料的分类3.1 活性层材料活性层材料是聚合物太阳能电池组成的一部分，并且扮演着非常重要的作用，活性层的性能的好坏会直接影响太阳能电池的性能，因为活性层的材料在电池中的作用
14、是提供和收集电子。通过引入合适的活性层材料，然后对该材料不断的进行设计和不断修饰活性层的表面形貌，才能使聚合物太阳能电池的能量转换效率得到提高。在聚合物太阳能电池中，活性层是由给体材料和受体材料共同组成的。下面让我们一起了解一下什么是给体材料和什么是受体材料。3.1.1 受体材料受体材料因为在聚合物太阳能电池中充当着非常重要的作用，所以人们对这种材料的研究必然会不断的增加，受体材料在电池的活性层中的具体作用是在活性层中承担着分离给体材料产生的激子的作用，富勒烯衍生物具有分离给体材料产生的激子的作用，所以人们对它的研究不断的深入，使其成为近年来受瞩目的受体材料，图1.4为几种富勒烯及其衍生物的分
15、子结构示意图。图1.4 富勒烯及其衍生物的分子结构示意图173.1.2 给体材料作为活性层中的一部分，同样在聚合物太阳能电池中充当着和重要的作用，给体材料在电池的活性层中的作用是提供激子，然后才能使受体材料接受激子，从而实现电荷的分离，聚合物太阳能电池才能正常的工作运行。高迁移率和可修饰的表面形貌是必不可缺少的条件，这样才能将其不断的优化。3.2 缓冲层材料缓冲层在聚合物太阳能电池上同样具有着重要的作用，它需要将激发之后的电子和空穴传输到指定的电极上，才能使电池正常工作。在缓冲层材料中也分了两大类。包括阴、阳极缓冲层。阳极缓冲层在目前已经被人们研究的相当透彻，要想进一步提高太阳能电池的转换效率，就需要降低阴极缓冲层的功函。在本文中我们就制备了完全符合阴极缓冲层条件的嵌段共轭聚合物。3.2.1 电极材料聚合物太阳能电池是由电极、缓冲层、和活性层组成的，电极包括阴极和阳极，所以阴阳极的材料也因其不同的作用而采用不同的材料。如上文所述的最大输出电压(Voc)，当太阳能电池的电流为最小值时，电路中产生最大电压，称为最大输出电压。也就是阴阳极的功函数之差的值。所以要选择
