太陽能光伏電池是將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體設(shè)備，目前已得到廣泛的應(yīng)用。目前市售的多數(shù)太陽能光伏電池為無機半導(dǎo)體電池，其制備材料為單晶硅、多晶硅和碲化鎘等。相比無機光伏材料，有機光伏材料由于具有靈活性強、輕便、易加工和成本低等一系列優(yōu)點，而備受關(guān)注。但有機太陽能電池在效率和穩(wěn)定性方面仍較無機電池存在不小的差距。
鑒于無機和有機太陽能電池均存在一定的不足之處，近年來有機-無機雜化電池得到了迅猛的發(fā)展。該類電池通過將有機和無機材料相結(jié)合，形成優(yōu)勢互補，在電池性能方面具有長足的進步。本文簡單介紹了幾種主要的有機光伏電池材料，包括對亞苯基乙烯(PPV)類材料、吡咯并吡咯二酮(DPP)類材料、聚噻吩(PT)類材料。
PPV類光伏材料
PPV 類光伏材料即聚對苯基乙烯衍生物材料，是應(yīng)用較廣的一類有機光伏電池材料，其具有較好的發(fā)光特性和光伏特性。在光伏電池方面的應(yīng)用，主要是采用烷基側(cè)鏈取代的PPV類材料，其中以聚２-甲氧基-５-(２-乙基-己氧基)對苯乙烯(MEH-PPV)和聚[２-甲氧基，５-(３′，７′二甲基-辛氧基)]-對苯撐乙撐(MDMO-PPV)兩類材料最具代表性，兩者均為太陽能給體材料。將MEH-PPV 和MD-MO-PPV 兩類材料給體與不同晶體的受體材料相結(jié)合，成為探索制備新的有機光伏電池材料的研究重點。
太陽能光伏受體材料包括n-型共軛聚合物、CdSe和富勒烯衍生物材料等，其中富勒烯衍生物類材料(主要為PC61BM 和PC71BM)較為常見，并且具有諸多良好的光伏性能，但其昂貴的價格也是制約其應(yīng)用的主要因素。而非富勒烯受體擁有性能穩(wěn)定、無污染、自然界中分布廣泛、可獲得性強等優(yōu)勢。雖然近兩年來PPV類光伏材料的研究具有一定的突破，但總體上PPV類光伏材料的電池效率仍較低，需進一步深入研究。
DPP類光伏材料
DPP類材料是目前較為成熟的用于制備光伏電池的材料之一，具有較高的空穴遷移率和電荷載體遷移率，表現(xiàn)出較好的電池性能。有相關(guān)文獻報道，DPP類聚合物光伏電池的電轉(zhuǎn)化率最高可達(dá)8.08%。近兩年，多數(shù)研究集中在如何改變DPP類材料分子結(jié)構(gòu)或?qū)PP與受體進行不同比例共混，得到最優(yōu)組合，從而探索制備高性能的DPP光伏電池。
改進DPP光伏電池的方法之一是尋找能隙較低的給體，與DPP受體相結(jié)合用于提高電池效率；有研究者合成了基于DPP受體的給體-受體共聚物中性短鏈DPP(Bi-DPP)，即兩個DPP基團分列兩邊，中間由中性小分子基團連接，例如，DPP分別位于苯環(huán)的對位。研究發(fā)現(xiàn)，Bi-DPP在可見光波段具有較好的吸收，能隙較低(1.52~1.81eV)，可與PC71BM 共混應(yīng)用于光伏電池。在共軛聚合物上采用取代烷基增溶側(cè)鏈，可以改變聚合物的性質(zhì)，增加其光伏特性。同時他們進一步改進了Bi-DPP 結(jié)構(gòu)，通過化學(xué)偶聯(lián)反應(yīng)，在兩個DPP基團分別對接其它化學(xué)結(jié)構(gòu)，形成小分子中性短鏈(SM-Bi-DPP)共聚物，進一步提升了材料的性能。
PT類光伏材料
PT材料是有機光伏電池中應(yīng)用最為廣泛的材料之一，可用于電致變色、光電傳感器和發(fā)光二極管等多個領(lǐng)域。PT材料的制備經(jīng)歷了無取代基的聚噻吩、帶有直鏈烷基的聚噻吩和帶有支鏈烷基的聚噻吩等幾個階段，目前優(yōu)選的性能良好，具有較強的應(yīng)用前景、有代表的材料為3-己基取代聚噻吩(PH3T)材料。
近年來，關(guān)于PH3T的研究主要包括兩個方面。一方面是采用物理方法改變PH3T材料及電池結(jié)構(gòu)，從而提高其性能。如有研究者利用離子輻照的方法改變PH3T聚合物的分子排序，從而改進了其結(jié)晶度，提高了能量轉(zhuǎn)化效率。而另有研究者對以P3HT為給體，PC71BM 為受體的電池材料進行了多熱處理，縮短了P3HT與PC71BM 之間的面間距，使空穴遷移率達(dá)到8.8×10-5c m2/Vs，電子遷移率達(dá)到2.5×10-3c m2/Vs，電轉(zhuǎn)化率達(dá)到4.39%。因此，采用物理方法可以達(dá)到改PH3T材料晶體結(jié)構(gòu)和PH3T電池性能的目的，可視為是一種簡單易行的方法。另外，篩選不同受體與PH3T給體共混，尋求電池性能最優(yōu)化也是最近的研究熱點。
