聚合物/富勒烯太阳能电池的研究进展

在太阳能电池家族中，可溶液制备的聚合物太阳能电池因其具有成本低，重量轻、柔性好、颜色可调、易于制备大面积、半透明电池板等独特的优点而成为近年来可再生能源研究领域的热点。1992年AlanJ.Heeger教授组发现了共轭聚合物和富勒烯之间存在超快的电荷转移，并在1995年实现了由溶液制备的聚合物/富勒烯衍生物PCBM体异质结太阳能电池。此后，在过去的20余年里，人们先后在共轭聚合物吸光材料的设计与合成、器件的工作机理、活性层形貌与电子给-受体分相行为的调控、界面层的影响与低成本器件工艺等方面做了大量的研究并取得了很多突破性的进展，使得聚合物太阳能电池的效率提高至11%左右。适时地回顾这20年走过的历程将有利于进一步推进该领域的发展和推进大面积印刷聚合物太阳能电池板产业化进程。


最近，由瑞典linkpingUniversity(林雪平大学)的张凤玲教授、OlleInganes教授，华中科技大学周印华教授和德国Dresden University of Technology(德累斯顿工业大学)KoenVandewal教授共同撰写的综述文章“聚合物/富勒烯太阳能电池的研究进展”已在《国家科学评论》2016年第2期发表。该综述主要回顾了聚合物太阳能电池活性层中的聚合物材料由宽带隙向窄带隙材料的认识和发展过程；器件工艺的同步发展，包括活性层形貌、界面功函数调控以及非真空过程制备电池的实现等；对器件工作机理的逐步理解，包括电荷转移（CT）态、载流子迁移率等对开路电压、短路电流和填充因子的影响等和对未来聚合物太阳能电池的材料、器件结构、工艺及集成应用等方面的建议和展望。

特别值得一提的是该综述的4位作者分别在聚合物太阳能电池材料，器件工艺和器件物理方面做过开创性的研究，他们的工作曾为聚合物太阳能电池的发展做出过引人注目的贡献。2014和2015张凤玲教授和Inganes教授连续2年入选汤森路透社的材料科学“高被引科学家”。周印华教授在低功函界面修饰及聚合物电极方面做了大量的研究，他率先引入聚乙烯亚胺及衍生物（PEI和PEIE）修饰各种电极提高有机光电器件的效率(Science，2012，336，327)。目前该界面材料已成为提高聚合物太阳能电池性能的关键因素而被广泛应用于聚合物太阳能电池及其他光电子器件中。Vandewal教授在器件物理方面做出了先驱性的工作，他发展的电荷转移态与开路电压的关系及理论已被广泛采纳并应用于分析太阳能电池的能量损失和进一步提高开路电压及能量转换效率。