【有机太阳能电池电子传输材料研究进展9700字】

有机太阳能电池电子传输材料研究进展综述摘要：为了缓解当前能源危机给世界带来的压力，大量的人力、财力与物力已经在太阳能电池等洁净能源领域开始投入了。由于有机太阳能电池具有独特的优点(有机材料易于润饰，器件制备方法简便且可制备出柔韧器件)，并且随着相关研究的深入，有机太阳能电池的能量转换效率逐步得到提高，这明示了有机太阳能电池商业化的美好前景，目前已经有大批科学家者奉献于有机太阳能电池领域的研发工作。文章从太阳能电池聚合物材料、小分子材料和提高有机太阳能电池能量转换效率的方法这三方面下手，对有机太阳能电池领域进行论述。关键词：太阳能电池，光学，有机太阳能电池，电子传输材料，综述，研究进展目录TOC\o"1-3"\h\u30258摘要 16150关键词 15945目录 3244071.前言 4112452.主体部分 566092.1应用于有机太阳能电池的小分子材料 5199362.1.1.酞菁类材料 536922.1.2.液晶材料 6299002.1.3.稠环芳香化合物 6202442.1.4.噻吩寡聚物 6183552.1.5.三苯胺及其衍生物 7308152.2应用于有机太阳能电池的聚合物材料 8173902.21PPV及其衍生物材料 92482.2.2聚噻吩衍生物材料 103612.2.3D-A型共聚物材料 11218512.3提高有机太阳能电池能量转换效率的方法 1497012.2.1在有机功能层中引入微纳结构 14109022.3.2对有机功能层进行掺杂 16264352.3.3器件结构中加入缓冲层 1620262.3.4有机太阳能器件阳极的优化处理 18156473.总结 2018037参考文献 21前言跨入20世纪以来，世界工业大发展，科技不停地进步，人民生活水平不断的提高，物质和文化生活进入了极大丰富的时代。例如冬日和绚的室内环境，方便快捷的交通出行，夜晚各色的霓虹灯，都使我们的生活丰富多彩。但是在我们享受生活舒适便捷的同时，对能源需求也持续增长。目前全球仍然以不可再生的化石燃料为主体，在使用能源的同时，也严重的影响环境，对人民的生产和生活造成极大影响，严重制约了人类社会经济和工业的进一步发展。在化石能源日益匮乏的今天，研究人员对非化石能源的研究和开发也格外的重视。有机太阳能电池（OSCs）是现在研究的热门之一，因为有机太阳能电池有其非常好的优点：其主要有机材料的光伏性能可以通过不同的分子修饰来优化；有机太阳能电池制造，成本低廉、方法简单；容易制作大面积、柔性的有机光伏部件。在七十年代，科学家探索到了有机小分子的光电效应。后来聚合物太阳能电池也开始应用，不过其效率仍然很低，仍然不可以满足商业的需要。随着时间的推移，在1986年，东门柯达公司的邓青云博士在太阳能电池结构中加入双层异质结构，使得器件效率有了显著的提高。研究人员看到了有机太阳能电池商业化的光明远景。目前，新型有机功能材料的研究、开发与有机光伏器件结构的优化，是有机太阳能电池的研究的主要研究方向。这两个方面相得益彰，一并提高了有机太阳能电池的光伏性能。主体部分根据主体有机材料的划分,能将有机太阳能电池分为聚合物型太阳能电池与小分子型太阳能电池。本文将从三部分分别介绍:太阳能电池的小分子材料、太阳能电池的聚合物材料和如何提高太阳能电池能量的转换效率。1应用于有机太阳能电池的小分子材料一般运用热蒸镀的方法将小分子光伏材料制成部件，此外部分可溶性小分子还能通过采用溶液旋转甩膜法、喷涂法、推膜法、丝网印刷和自组装法等方法。一般来说，这些小分子光伏材料大致可以分为五类:噻吩寡聚物、三苯胺及其衍生物、稠环芳香化合物、酞菁类材料和液晶材料等。图1罗列了具有代表性的各类小分子光伏材料的分子结构[1]，下面将逐个进行介绍。酞菁类材料p型有机半导体里的典型代表是酞菁类化合物,它拥有大π键。在600—800nm的光谱区域内，是酞菁类化合物的主要吸收峰,并且刚好和太阳光谱中的最大峰位相配合,所以这种材料相对于其他材料来说是比较适合作为给体材料(donor,D)以此来吸收光能的。在董长征[65]研究小组的研究报告里，系统地研究了苝类化合物PTC(见图1)分别与酞菁化合物MPc(如InClPc,VOPc,GaClPc,TiOPc,H2Pc和ZnPc)组成的双层有机p2n结太阳能电池的光伏性能.在他们的实验里发现,通过对酞菁中心的金属离子进行改变,更能有效地改善整个太阳能电池的伏性能。相关实验证明在白光(52mW/cm2)照射下,如果把H2Pc,ZnPc当作给体材料制备的太阳能电池,所制出来的太阳能电池的光伏性能并不理想.基于GaClPc[1]或In2ClPc的光伏电池的能量转换效率分别可以达到0.104%和0.2%,填充因子(fillfactor,FF)分别为0.41和0.43.基于CuPc/C60(C60的结构如图1所示)的光伏器件中,其最大能量转换效率能够达到4.2%.此外,如果用酞菁类材料进行制备的光伏电池,该光伏电池的转换效率还会受材料晶形的影响,其原因是由于光生载流子的产率与晶形有十分紧密的关联[2]。液晶材料相关资料查证，2001年科学杂志上首次报道了Schmidt2Mende[7]等人将共轭盘状液晶分子HBC2PhC12(见图1)作为电子给体材料，还将苝类化合物PTCDI(见图1)作为电子受体材料，用一种新的方法--旋转甩膜法，进行制备太阳能电池部件。在实验中发现，如果用波长为490nm的弱光进行照射，该光伏部件的外量子效率就会达到34%。如果使光强逐渐增大，那么太阳能电池部件的性能将呈现迅速降低的趋势。稠环芳香化合物稠环芳香化合物[1]有一个显著的特征是具有共轭结构，其结构非常利于迁移载流子。相关资料显示在1986年，邓青云等人使用稠环芳香衍生物PV(也称作PTCBI，见图1)和酞菁铜，制作了双层异质结光伏电池部件，该光伏电池部件的能量转换效率可以达到0.9%(模拟一个太阳光照条件下)。除此之外，并四苯(见图1)和并五苯(见图1)都可以当作良好的给体材料用于太阳能电池的制作中。如果将并四苯/C60和并五苯/C60作为活性层，制做的双层异质结器件的效率就能分别达到2.2%[4]和1.6%[5]。噻吩寡聚物受体-给体-受体体系DCV5T材料[1](见图1)，能通过在寡聚噻吩的两端引入强吸电子基团二氰基乙烯基[66](DCV)后得到，这个方法制作出来的材料能使寡聚噻吩的能隙下降0.7eV左右。相关文献指出，使用DCV5T和C60制做的双层异质结部件，能使太阳能电池的能量转换效率达到3.4%。文献查证在2006年，新型“X”状噻吩寡聚物X2OT(见图1)出世，是Sun等人合成的。在新型“X”状噻吩寡聚物的合成过程中，能够有效地调节其噻吩支链长度，以便实现优化材料光伏性能。在实验中证明，噻吩环越多[1]，其太阳能电池的光伏性能就越好，主要原因是π电子的共轭性和材料的光谱吸收范围受到噻吩支链的影响，如果噻吩支链越长，该π电子的共轭性会越好，该材料的光谱吸收范围也会越宽;与此同时，如果将噻吩支链拓得越长，还能够进一步优化太阳能电池材料的成膜性能。当前研究发现，将给体材料X2OT制做的光伏器件，放在100mW/cm2模拟太阳光照射的环境中，它的能量转换效率能达到0.８％[9]另外，研究发现以Si为核心的星状材料，也是一种光伏性能比较好的电子给体材料[10]。三苯胺及其衍生物传统的空穴传输材料里有三苯胺及其衍生物，一般情况下三苯胺及其衍生物在有机太阳能电池中作为其给体材料。三苯胺类小分子材料的属性之一是有高度的非共平面性，各向同性三维网状结构因此能形成。将电子基团放入三苯胺类小分子结构中，可以将材料的氧化电势有效地降低，进而使光伏器件的开路电压增大。加入吸电子基团还能使三苯胺类小分子的最高占有分子轨道能级(HOMO)和最低未占有分子轨道能级(LUMO)的能级差Eg(energybandgap)减少，增强了这类材料对太阳光的吸收能力[11]。文献[12]中查证，当一级苯胺TCVA(见图1)与硅制备的有机/无机杂化光伏器件中含有强吸电子基团时，该材料的能量转换效率将近3.1%。T.Osasa等人则报道了新型给体制做的光伏器件可以由TPD(见图1)等芳胺类材料合成。实验发现，C60与TPD构成双层异质结器件，当经过140°C退火处理后，器件的短路电流(Isc)较退火前提高了约3倍，能量转换效率达到了1.08%[13]。2.2应用于有机太阳能电池的聚合物材料一般情况下双键或多环芳烃包含在用于制作OSCs的聚合物结构里，因而传导空穴效率的能否提高依赖于π共轭体系是否具有较高的载流子迁移率。影响光伏器件性能的重要因素是聚合物材料的能级是否能够与受体材料(比如C60，PC61BM和PC71BM等)的能级更好地匹配。如图2聚合物与受体材料的能级示意图与分子结构所示。吸收太阳光的光谱范围的决定因素是聚合物的能级宽度ΔE1(即Eg)。由于较多红外光成分[67]被包含于太阳光能量中，这个原因促使开发窄带聚合物给体材料成为目前有机太阳能电池研究的热门项目之一。如图2所示，聚合物材料的最高被占用分子轨道能级和受体材料的分子最低空余轨道能级(例如PC61BM)的差为ΔE2，开路电压的大小是由该参数的大小决定的。聚合物材料的最高被占用分子轨道能级越低，光伏器件的开路电压受ΔE2的数值影响，其会随ΔE2的数值增加而增加。聚合物材料与受体材料的分子最低空余轨道能级之差(ΔE3)是能影响激子分离的驱动力大小的因素，当ΔE3的数值不低于0.3eV时就能让激子有效地分离为电子和空穴。所以，太阳能电池的光伏性能是由聚合物材料的最高被占用分子轨道与分子最低空余轨道的能级大小所直接决定的。人们合成了一批具有优良光伏性能的聚合物材料达到了调控给体材料能级的目的，这类材料大概可以分为三类:D2A型共聚物材料[5]，聚噻吩衍生物材料和聚苯撑乙烯(PPV)及其衍生物材料。2.21PPV及其衍生物材料早期应用于太阳能电池的聚合物材料之一是PPV[14]。如图3是PPV的分子结构。由于，在有机溶剂中，PPV的溶解度低，这是一个限制PPV应用于太阳能电池的重要因素。为了提高PPV的溶解性，科学家将烷氧基支链接入PPV的苯环上，得到了新的材料MEH2PPV(如图3)，该材料将原有材料在有机溶剂中的溶解度能较好地提高，更加方便了光伏器件的制做[68]。研究发现，基于MEH2PPV:PC61BM(质量比为1:4)的光伏器件，其能量转换效率达到1.3%[15]。Sha2heenSeanE等人对PPV进行进一步修饰，得到了聚合物材料MDMO2PPV(见图3)，该材料改变了混合膜层的表面形貌和提高了成膜质量，器件效率提高到了2.5%[16]。然而，一般情况下PPV禁带宽度较大(～2.2eV)，直接导致PPV和其衍生物都存在巨大的缺陷--吸收光能效率低，因此在一定程度上降低了有机光伏器件的能量转换效率[7]。2.2.2聚噻吩衍生物材料在2005年，Heeger等人研究发现，将聚噻吩材料P3HT(见图4)的光伏部件进行退火处理，能使部件的效率达到5%[17]。这个退火过程非常有趣不仅能让有机膜层的相分离程度改变，还能提高有机材料中载流子传输和激子分离的效率。IoanaR.Gearba[18]的研究小组发现运用热致互连P3HT材料能够制造性能更加优良的光伏部件,这种新型材料的空穴迁移率比旧的P3HT材料高5倍，部件效率也提高到旧部件的3倍。Yao2TeChang[19]研究小组通过格林尼亚置换(Gri2gnardmetathesis)聚合的新方法，得到了聚噻吩衍生物系列--带有共轭菲基咪唑支链[69]。这种支链引入非常有效不仅能够提高材料的热稳定性和共轭长度，而且可以调节聚合物能级结构，同时也相应地也降低了带宽。实验证明，拥有聚噻吩衍生物P82(见图4)的光伏部件，该部件的短路电流密度能达到14.2mA/cm2，能量转换效率能达到2.8%之多。2.2.3D-A型共聚物材料近年来研究的热门材料之一是D2A型共聚物，一个亲电子基团(受体基团)和一个疏电子基团(给体基团)组成聚合物单元。研究发现能够通过改变亲电子基团所占聚合物结构中的百分比，从而实现最高被占用分子轨道和分子最低空余轨道能级位置的调制，这样就可以研发出能级匹配并且能带宽度比较小的聚合物材料。在表1和表2中列出18种非常具有代表性的关于D2A型共聚物材料的全部实验参数，图5是D2A型共聚物材料的分子结构该聚合物的最高被占用分子轨道和最低空余轨道的能级位置通过给体和受体的能级位置堆叠而形成。研究者对D，A两种单体进行不同的修改，通过改变该单体的能级位置，从而调节共聚物的能级位置和能带宽度。从表1中可以发现，该类型材料的能带宽度Eg比P3HT(能带宽度是2.1eV)和PPV(能带宽度是2.1eV)都偏低，介于在1.7-1.9eV的范围之间，然而TDPP2BBT的Eg更低达1.46eV[20]，这些都使在TDPP2BBT的光伏器件中实验，得到的实验数据证明吸收带宽能拓展到300—800nm，覆盖了所有可见光和近红外区域。制做高效光伏器件前提条件是有机材料的宽吸收带。p型材料和n型材料的LUMO能级差提供激子分离驱动力，理论上来讲激子分离驱动力能级差值为0.3eV。从表2可以发现，对于TDPP2BBT与PDPP2BBT这两种材料[21]，该激子分离驱动力非常不足(前者是0.26eV，后者是0.31eV)是导致较低量子效率(入射单色光子-电子转化效率IPCE只占30—40%)的直接原因。然而PCDTBT[22]和PTB7[23]的两种材料的激子分离驱动力能级差分别为0.4eV和0.69eV，能提高空穴和电子的分离效率，进而改变部件中的空穴和电子浓度。想要提高了材料的迁移率，可以将PSiF2DBT材料中的Si原子取代了C原子，这种材料的器件效率达到了5.4%[24]，而材料PSB2TBT则是集PCPD2TBT的高吸光效率和PSiF2DBT的高迁移率于一身,吸收边不但达到了800nm，而且迁移率也达到了3×10-3cm2/Vs，基于PSB2TBT的光伏器件，能量转换效率为5.1%[25]。2.3提高有机太阳能电池能量转换效率的方法本文从材料的角度对有机太阳能电池进行了综述。接下来，我们从器件的角度讨论了如何提高电池的能量转换效率。一般来说，有机太阳能电池的光伏性能可以通过以下四个途径得到有效的提高。1在有机功能层中引入微纳结构在太阳光的激发下，激子从有机功能层中产生，激子的扩散长度范围在10nm之间要想有效地将电子从空穴中分离出来，以及要避免激子的复合，就要将有机功能层中电子给体和受体之间的间隙控制在几十纳米的范围内[70]。为了解决上述相关问题，JongSooKim研究小组发现，使用氧化铝模板(AAO)，能够把纳米结构引入到有机功能层中(见图6)，大大地提升了电子给体(P3HT)与受体(C60)的接触面积，不仅能提高空穴与电子分离效率而且还能传输到器件的阴极与阳极。研究发现，P3HT的导电性能的提高是由于P3HT的纳米棒的取向和主链取向一致。该类纳米结构太阳能电池的转换效率比P3HT/C60双层结构器件的转换效率提高了7倍[26]。除此之外，研究者发现同时将酞氰铜(CuPc)纳米棒与氧化锌(ZnO)纳米棒分别加入到太阳能部件的功能层中，都能有效提升器件效率[27-28]。另一方面，科学家们也把电子受体材料制造成微纳结构接入到部件功能层中，使其发挥优化太阳能电池部件性能的作用。ZhanaoTan研究小组把电子受体材料P3HT和PbSe量子点混合制造有机功能层材料，研发出了高性能光伏部件[29]。在文献[30]中，电子受体材料CdS纳米棒和MEH2PPV材料是太阳能电池的功能层结构材料，这些材料能让激子复合几率有效地降低，并且可以将部件的光伏特性提高。为了提高微纳结构的质量，在有机太阳能电池制造过程里也引入了纳米压印技术。WenjinZeng研究小组采用新的纳米压印技术，受体材料EV2BT与给体材料P3HT的接触面制造出了微纳结构，将受体和给体的接触面积增大，将器件的光电流增大，进而将电池效率[31]提高。如图7的纳米压印技术制备的器件结构示图。在文献[32]里，同样也是将纳米压印技术的提高作为提高电池器件性能的方法。为了能够探索更好的方法以提高器件性能，Doo2HyunKo研究小组采用印刷技术(PRINT)，把有机功能层TDPTD:PCBM制造成高是180nm、周期是400nm的二维光子晶体，图8是他们研究扫描电子显微镜形貌图。根据此光子晶体制造新的有机太阳能器件，极大地改善了电学性质与光吸收效率，新的有机太阳能器件的能量转换效率有效提高了70%，填充因子和开路电压都提高了10%[33]。JohnRTumbleston研究小组同样运用光子晶体结果有效地将电池效率[13]提高了。Forrest[34]等人非常巧妙地采用倾斜蒸镀的方法，制造了纳米柱(纳米孔)的点阵结构。将20nm的ClAlPc被蒸镀ITO表面时，将ITO基板倾斜到60°，结果ITO表面可以形成无规的纳米柱(纳米孔)，其尺度大概为30nm。如图9所示该倾斜蒸镀后的ITO表面形貌，往往比平常垂直蒸镀增加许多纳米柱(纳米孔)结构。接着，他们将纳米结构层上制造40nm的C60当作电子受体材料，C60材料能够有效地填充到ClAlPc纳米孔中。此种方法获得的电子给体、受体材料的接触面积是以往方法(垂直蒸镀)的2倍多，部件的外量子效率也将近提高到以往方法的2倍左右。2.3.2对有机功能层进行掺杂为了提高混合膜层P3HT的结晶化和P3HT:PCBM中二者的相分离，在相关文献中[35-36]，研究发现，在有机功能层P3HT:PCBM中加入十二烷硫醇，当加入十二烷硫醇浓度为溶液的2%时，部件效率提升了3倍左右,而且当PCBM和P3HT的质量比为2:1时，加入十二烷硫醇溶液占整体溶液的百分之二时，此时对提高部件性能的效果最为显著。Liu[37]研究小组把单壁碳纳米管混入到有机功能层P3HT:PCBM里，他们的实验证明，单壁碳纳米管的混合浓度低至(1%)时，单壁碳纳米管不但能提高载流子的迁移率和有效提高功能层的导电能力;然而，如果单壁碳纳米管的混合浓度超标，它的金属性会促使功能层中的空穴和电子复合，从而使器件的能量转换效率降低。对多壁碳纳米管来说，当它在功能层P3HT:PCBM里掺杂比例高达0.01wt%时，部件的效率比未掺杂时候的参照部件高了29%[38]。原因是多壁碳纳米管的混入，导致伸展开了混合层中P3HT的主链，而且P3HT主链能够获得更好的取向性，因此具备更高的光吸收效率，提高了该部件的光伏性能。为了实现提高有机功能层的光伏特性的目标，向有机功能层混入的材料还包含小分子ZnPc，Alq3，SiPc，二苯基蒽以及癸烷二茂钴等[39-42]。2.3.3器件结构中加入缓冲层有机太阳能电池具有的膜层结构中，实验者常常采取加入阴极缓冲层或者阳极缓冲层的方式，进而来平衡载流子的浓度，用以提高该部件的光伏性能。接下来我们就拿阴极缓冲层和阳极缓冲层这两个方面来分别展开论述。(1)阳极缓冲层现代，我们平常所用的阳极缓冲层叫PEDOT:PSS。只要甩膜一层PEDOT:PSS在清洗过的这种氧化铟锡(ITO)导电玻璃上，就能够更有效地减弱ITO表面的粗糙度，与此同时，还能够把空穴从有机功能层向阳极的注入效率提高。HouYanBing等人在甩膜PEDOT:PSS的时候，向部件的上方施加了一个静电场，研究发现，此举可以有效提高空穴传输层和阳极的接触面积，从而提高部件的能量转换效率[43]与短路电流。Jun[44]研究小组采用电化学合成的方法制备了阳极缓冲层PEDOT:PSS，部件性能得到很大程度的改善。研究发现，把金属纳米颗粒、小分子材料或氧化物纳米颗粒混合到PEDOT:PSS中，三者均能提高PEDOT:PSS空穴传输能力。Huang[45]研究小组把甘油混合到PEDOT:PSS中，能让导电能力得到进一步提高，短路电流也随着提高了24%，然而当甘油的混合浓度高于30mg/ml时，混合甘油的PE2DOT:PSS膜层质量将会变差，进而不利于了器件性能的优化。Chen[46]等研究者把金纳米颗粒混合到PEDOT:PSS中，通过采用金纳米颗粒的局域表面等离激元振荡效应，有效提高了有机功能层中的空穴和激子产生效率、电子分离的几率，填充因子与短路电流都能得到提高。N.G.Semaltianos等研究者发现把氧化锌纳米颗粒混入到PEDOT:PSS膜层中，会让PE2DOT:PSS高分子主链得以较好的伸展，混合后的PEDOT:PSS膜层的电导率将会提升2倍[47]。BonanKang[48]研究小组把有机物聚四氟乙烯(PT2FE)作为缓冲层制备加入到器件里，短路电流与开路电压将会一起增加，研究表明，PTFE不仅是一种廉价而且还具有稳定性的有机物缓冲层材料。除有机化合物外，氧化物还被广泛用作阳极缓冲层。文献[49-52]采用氧化钼薄膜作为阳极缓冲层，有效降低了阳极费米能级和功能层Homo能级之间的势垒，提高了有机层到阳极的空穴传输能力，从而平衡了整个器件的载流子迁移率。此外，氧化钨、氧化锌、氧化钛和氧化钒等氧化物薄膜被广泛用作有机太阳能电池的阳极缓冲层[69]。Frankyso[53]团队在有机太阳能电池中制备了双层阳极缓冲层，其能量转换效率比单层pedoT:PSS缓冲层高53%。他们在阳极和有机功能层之间制备了氧化钼层和聚合物TFB层，不仅有效地阻碍了电子传输，而且提高了功能层到阳极的空穴传输能力。在参考文献[54-55]中，双阳极缓冲层也用于改善器件的光伏性能。(2)阴极缓冲层阴极缓冲层可以由阴极和功能层之间进行制备，能够有效提高电子由功能层向阴极的传输能力，进而改善平衡器件中的载流子浓度。目前，LIF被广泛应用于有机电池器件的阴极缓冲层。要想LiF能起到阴极缓冲层的效果，LIF膜层的厚度一定要精确控制在0.5nm之间，不然将不利于电子向阴极的传输[70]，损坏器件性能。准确制备超薄LIF薄膜对部件制造技术提出了更高的要求。所以，要寻找一种新型的对薄膜层厚度要求不高的阴极缓冲层材料，以此来降低制备工艺的难度，这也是现阶段的研究热点之一。黄忠玉[56]等人制备了有机C60作为功能层和阴极之间的阴极缓冲层。结果表明，C60薄膜不仅但能有效阻止空穴的传输，而且还能阻止有机功能层与金属阴极的化学反应，延缓有机功能层的氧渗透和氧化。因此，C60缓冲层的加入，提高了器件的转换效率，延长了部件的工作时长。相关文献中记载，用于作阴极缓冲层的有机材料还有Alq3，BCP，Bphen以及WPF2oxy2F和聚芴衍生物PF2EP等。除此之外，有机太阳能电池的阴极缓冲层通常也会采用氧化物膜层。Wang[57]等研究人员把氧化钛膜层制备在阴极与有机功能层之间，部件的热稳定性能得到显著的提高。研究人员还发现，采用纳米多孔氧化钛作为阴极缓冲层，能进一步改善部件光伏性能[58]。文献[59-60]还指出，阴极缓冲层里有两种较好的膜层，其中是氧化锌纳米颗粒和氧化锌膜层。张世勇[1]等研究人员在实验中得出相关证明，若将3nm氧化锰用做阴极缓冲层加入到部件中，部件的能量转换效率与LiF作为阴极缓冲层相比，3nm氧化锰参比部件提高了12%，且部件的稳定性也有明显的提高。2.3.4有机太阳能器件阳极的优化处理现阶段，ITO常被用作有机光伏器件的阳极材料，为了能更好的优化ITO阳极，研究人员对其进行了相关的优化处理工作。DavidA.Rider研究小组将噻吩硅烷修饰在ITO表面，改善了器件的能量转换效率与电荷迁移率。文献中采用氨基硅烷在ITO表面自组装的方法对ITO阳极进行了优化。Y.M.Kang等研究人员将不同计量的氧化铯混入到ITO中，实验研究表明，当掺杂比例为3.0wt%时，经过修饰后的ITO膜层，其结晶温度将大于200°C，表面形貌较为平整，导电能力也有显著的提高。除此之外，采用盐酸与液氮也能有效优化ITO阳极。由于ITO中所含的铟元素为稀缺资源，铟元素在地球的含量非常有限。所以，研究人员正在努力寻找能够替代ITO的作为部件的阳极氧化膜。研究发现，混合钨的氧化锡与混合铝的氧化锌都能在一定的程度上改善光伏部件的性能[18]。除氧化物外，一些有机材料还具有作为部件阳极的潜力。在文献中提到，采用聚合物PEDOT作为阳极可以在很大程度上提高部件的光伏性能。YounSooKim等研究人员将氧化硅混合到PEDOT中，制造出了同时具有低表面电阻与高透光性的阳极。除此之外，其他用作阳极的有机化合物有碳纳米管和石墨烯。具有良好柔韧性的有机化合物为柔性光伏器件的制备奠定了基础。为了获得透光率高、导电性好的阳极，在光伏器件的阳极中还引入了氧化物/金属/氧化物三层结构。据研究发现，在阳极中加入金属层可以有效地提高阳极的导电性，但如果金属层过厚，会牺牲阳极的透光能力，从而降低器件的能量转换效率。

因此，只有当金属膜达到一定厚度时，才能同时优化三层阳极的电导率和透射率。M.Chakaroun[61]研究小组研究了ITO/Ag/ITO作为阳极的器件光伏性能。若ITO膜厚为50nm，银膜厚度为8nm时，阳极ITO/Ag/ITO的面电阻将达到15Ω/☑，光透过率将高达90%(波长550nm的光入射)。除此之外，MoO3/Ag/MoO3[62]，Ga2dopedZnO(掺杂镓的氧化锌，GZO)/Ag/GZO，Al2dopedZnO(掺杂铝的氧化锌，AZO)/Ag/AZO[63]，In2dopedZnO(掺杂铟的氧化锌，IZO)/Ag/IZO和IZO/Au/IZO[64]等三层阳极将会广泛应用到有机太阳能电池器件中。总结非晶态的小分子或聚合物是有机太阳能电池的主要材料之一。虽然有机太阳能电池的载流子传输性能不如无机材料，但是有机太阳能电池有着自身的优点：有机分子易于修饰；可采用甩膜、推膜、丝网印刷、喷涂、自组装、热蒸镀等工艺手法制作器件[1];通过在柔性衬底上制备主体材料，可以很容易地获得柔性大面积的光伏器件。有机太阳能电池的诸多优点正吸引着越来越多的科技工作者参与相关研究。相信在不久的将来，有机太阳能电池的能量转换效率将最终满足实际需求，有机光伏器件的应用前景将是光明的！参考文献[1]曲波,张世勇,谢星,陈志坚,肖立新,龚旗煌,李福山,郭太良.有机太阳能电池研究进展[J].物理,2011,40(04):223-232.[2]AdachiC，TsutsuiT，SaitoS.Bluelight-emittingorganicelec-troluminescentdecices[J].ApplPhysLett，1990，56:799-801.[3]SamuelDW，RaksiF，BradleyDDC，etal.Femtosecondtransientabsorptionmeasurementsinpoly(arylenevinylene)s[J].SyntheticMetals，1993，(55)15-21.[4]ShaoYezal.Appl.Phys.Lett.[D].2007,90;103501-1[5]PandeyAKezal.Appl.Phys.Lett.[D],2006,89;213506-1[6]密保秀,高志强,邓先宇,黄维.基于有机薄膜的太阳能电池材料与器件研究进展[J].中国科学(B辑:化学),2008(11):957-975.[7]Sclunidt-MendeLezal.Science[J],2001,293,1119[8]BettenhausenJ，GreczmielM，JandkeM，StrohrieglP.[C].ProceedingsofInternationalConferenceonElectroluminescenceofMolecularMaterialsandRelatedPhenomena，Japan，1997.[9]SunXBetal.J.Phys.Chem.B[D],2006,110,7702[10]RoncaliJezal.ThinSolidFilms[D],2006,511,567[11]RoquetSezal.J.Am.Chem.Soc.[J]2006,128,3459[12]El-NahassMMezal.Sol.EnergyMater.Sol.Cells[J],2007,91,1120[13]OsasaTetal.Adv.Funct.Mater.[D],2007,17,2937[14]MarksRN,HallsJJM,BradleyDDCetal.J.Phys.:Condens.Matter[D].,1994,61379[15]ZhangL,JohanssonMezal.SyntheticMetals.,2003,137,1401[16]ShaheenSeanEezal.Appl.Phys.Lett.,2001,78(6).841[17]MaWanli,YangCuiyingeza/.Adv.Funct.Mater.,2005,15,1617[18]GearbaIoanaR,NamChang-Yongetal.Appl.Phys.Lett.,2009,95:173307-1[19]ChangYao-Te,HsuSo-Lin,SuMing-Hsinezal.AdvancedFunctionalMaterials,2007,17,3326[20]KanimozhiCatherine,BalrajuPeta/.J.Phys.Chem.B.2010,114.3095[21]KanimozhiCatherine.BalrajuPezal.J.Phys.Chem.B,2010,114,3095[22]ParkSHetal.NaturePhotonics,2009,3.297[23]LiangY.XuZetal.Adv.Mater.,2010,22;E135[24]谢星,陈志坚,肖立新,曲波,龚旗煌.基于金颗粒自组装烷基硫醇为缓冲层的有机太阳能电池[J].光谱学与光谱分析,2013,33(02):289-292.[25]HouJianhui,ChenHsiang-Yueza/.J.Am.Chem.Soc..2008,130,16144[26]KimJongSoo,ParkYunmin,LeeDongYunetal.AdvancedFunctionalMaterials,2010,20:540[27]HuangJing-Shun,ChouChen-Yu,LinChing-Fuh.SolarEn-ergyMaterialsandSolarCells,2010,94.182