太阳能聚合物电池的原理及发展前景

PTH和PPV的光电性能以及特有的分子构架使得其在聚合物太阳能研究中较为活跃。除了共轭聚合物外，富勒烯族材料由于具有良好的π共轭体系、高的电子亲和能与离子活化能、大的可见光范围消光系数以及光稳定性较强，因而在聚合物光伏电池研究中也颇为看好。碳纳米管由于其独特的纳米性能也受到青睐。

　　具有多功能光电特性的聚合物太阳能电池材料应该通过分子设计将朝如下方向发展：

　　（1）具有可调的电、光特性，如：带隙、电子亲合能及传输特性；

　　（2）加工简单，可制成大面积薄膜并厚度可控；

　　（3）与受体材料相溶性好，可制成内部微结构均一的复合体；

　　（4）材料及制备技术成本要低。

　　4. 聚合物太阳能电池的应用前景及发展方向

　　聚合物光电池经过一系列的改进之后，有望使用于一定的商业用途。由于性能参数接近于非晶硅光电池的水平，以及原料便宜、制造简单的优势，聚合物光电池已经可以应用于非晶硅光电池的所有应用领域。聚合物光电池在具体实际应用上，初期应用目标是民用电器如计算器、电子表、小型仪表及儿童玩具等的电源。这些应用所需光源强度多为室内照明光源强度：0.1～1mW/cm2。特别要指出的是由于这类光电池是全固体组成，将特别适用于即将兴起的手提式个人数据处理器（PDA）、手机、行动电话、电子图书及电子报纸的电源。

　　尽管聚合物光电池的研究取得了重大进展，获得了较高的开路电压，但聚合物光电池同目前应用领域占主导地位的无机光电池相比，其主要问题仍然是光电能量转换效率较低，较低的填充因子（Fill factor）及短路电流限制光电能量转换效率。较低的光电流是由于较低的光吸收以及光电流产生和传输中的较大损耗造成的，而低的填充因子则是由于低的电荷传输和高的复合所致。因此目前各国研究人员的研究方向大多数集中在：

　　（1）改善光吸收，主要是使用具有近红外或者红外吸收的聚合物或染料；

　　（2）改善光电流的产生，使用具有高流动性的聚合物及高有序相的液晶材料；

　　（3）使用具有高迁移率的无机纳米材料；

　　（4）器件制备过程的优化与稳定性的探索；

　　（5）对聚合物光伏器件物理理论及实验技术的探索。

　　聚合物固体薄膜太阳能电池器件的优化工作可通过器件物理的进一步优化来实现：

　　（1）通过选择合适的金属电极使之达到欧姆接触，从而有效地收集光生载流子：

　　（2）优化D/A的匹配，同时调整共轭聚合物的带隙使之能更好地吸收太阳光：

　　（3）优化相分离复合材料的网络形态来提高载流子的产生和传输效率，同时要求电荷载流子在复合体异质结的不同组分中吸收和迁移达到最大。