聚合物/富勒烯太陽能電池的研究新進展

在太陽能電池家族中，可溶液制備的聚合物太陽能電池因其具有成本低，重量輕、柔性好、顏色可調、易于制備大面積、半透亮電池板等神奇的優勢而成為近年來可再生能源研究范疇的熱點。1992年AlanJ.Heeger教授組發現了共軛聚合物和富勒烯之間存在超快的電荷轉移，并在1995年實現了由溶液制備的聚合物/富勒烯衍生物PCBM體異質結太陽能電池。此后，在過去的20余年里，人們先后在共軛聚合物吸光材料的設計與合成、器件的工作機理、活性層形貌與電子給-受體分相行為的調控、界面層的影響與低成本器件工藝等方面做了大量的研究并取得了很多沖破性的進展，使得聚合物太陽能電池的效率提高至11%左右。適時地回顧這20年走過的歷程將有利于進一步推進該范疇的發展和推進大面積印刷聚合物太陽能電池板產業化進程。

最近，由瑞典LinkpingUniversity(林雪平大學)的張鳳玲教授、OlleInganes教授，華中科技大學周印華教授和德國DresdenUniversityofTechnology(德累斯頓工業大學)KoenVandewal教授共同撰寫的綜述文章聚合物/富勒烯太陽能電池的研究進展已在《國家科學評論》2016年第2期發表。該綜述緊要回顧了聚合物太陽能電池活性層中的聚合物材料由寬帶隙向窄帶隙材料的認識和發展過程；器件工藝的同步發展，包括活性層形貌、界面功函數調控以及非真空過程制備電池的實現等；對器件工作機理的逐步理解，包括電荷轉移（CT）態、載流子遷移率等對開路電壓、短路電流和填充因子的影響等和對將來聚合物太陽能電池的材料、器件結構、工藝及集成使用等方面的提議和展望。

特別值得一提的是該綜述的4位作者分別在聚合物太陽能電池材料，器件工藝和器件物理方面做過開創性的研究，他們的工作曾為聚合物太陽能電池的發展做出過引人注目的貢獻。2014和2015張鳳玲教授和Inganes教授繼續2年入選湯森路透社的材料科學高被引科學家。周印華教授在低功函界面修飾及聚合物電極方面做了大量的研究，他率先引入聚乙烯亞胺及衍生物（PEI和PEIE）修飾各種電極提高有機光電器件的效率(Science，2012，336，327)。目前該界面材料已成為提高聚合物太陽能電池性能的關鍵因素而被廣泛使用于聚合物太陽能電池及其他光電子器件中。Vandewal教授在器件物理方面做出了先行性的工作，他發展的電荷轉移態與開路電壓的關系及理論已被廣泛采納并使用于分解太陽能電池的能量損失和進一步提高開路電壓及能量轉換效率。

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