聚合物太阳能电池研究进展

高飞　佟钰　唐宁　赵宇　张玲丽沈阳建筑大学材料科学与工程学院 （辽宁沈阳　110168）

技术进展

聚合物太阳能电池研究进展

高飞佟钰唐宁赵宇张玲丽
沈阳建筑大学材料科学与工程学院 （辽宁沈阳110168）

摘要阐述了聚合物太阳能电池与传统无机太阳能电池的区别，指出了聚合物太阳能电池的优势。介绍了聚合物太阳能电池的工作原理、器件结构和光电效应的产生过程以及聚合物太阳能电池材料的发展，分析了目前制约电池效率和稳定性提高的主要因素，提出了提高聚合物太阳能电池效率的途径，并展望了聚合物太阳能电池的发展方向。

关键词聚合物太阳能电池工作原理器件结构电池效率

0　引言

当今世界经济飞速发展，能源的消耗日益增加，在过去的几十年中，太阳能作为一种绿色能源被广泛推广使用，太阳能电池技术也获得了巨大发展。与无机太阳能电池相比，聚合物太阳能电池具有成本低、轻薄、制作工艺简单以及可制备成柔性太阳能电池器件等特点，而且其原材料种类繁多、可设计性强，可以通过对材料的改性来提高其性能。基于上述独特的优点，聚合物太阳能电池成为近年来最热门的研究领域之一。

1979年，Tang[1-2]介绍了给体-受体型双层平面异质结聚合物太阳能电池，其功率转换效率（PCE）约为1%。有机光伏技术领域的一个重大突破是C60富勒烯及其衍生物（如PCBM）的应用替代有机光伏器件中的n型分子。由于强电负性和高电子迁移率，C60衍生物已成为有机光伏器件中标准的n型分子。在20世纪90年代前期，Sariciftci等[3]和Morita等[4]分别证明了共轭聚合物与富勒烯衍生物之间的电子转移，他们观察到超快的光诱导电子转移过程，持续时间约为50～100 fs，这一光物理现象的发现具有非常重大的意义。这些发现为有机太阳能电池技术提供了坚实的基础。1993年，研究者首次对平面异质结聚合物太阳能电池进行了阐述[5]。

平面结的概念具有一定的局限性，其给体、受体材料接触面积较小，而且载流子的寿命不能确保电子和空穴能够到达各自的电极。这些问题可以通过在有机太阳能电池主要结构部件中将给体和受体材料共混形成活性层从而引入本体异质结结构得以解决。该设想首先由Hiramoto等[6]证实，在高真空条件下通过同时蒸镀给体和受体分子而形成体异质结结构。1995年，两个研究组分别制备了聚合物-富勒烯和聚合物-聚合物共混物体系的高效本体异质结聚合物太阳能电池[7-8]。目前聚合物-富勒烯体系主导了高效聚合物太阳能电池领域的研究。聚合物太阳能电池效率逐步提升，目前已接近10%，这些显著的进展让有机太阳能电池的未来发展充满希望。

1　聚合物太阳能电池的原理及其器件结构

当前有机太阳能电池研究的主流是基于共轭聚合物的本体异质结聚合物太阳电池，此类器件通常由共轭聚合物（电子给体）和PCBM（C60的可溶性衍生物）（电子受体）的共混膜（光敏活性层）夹在ITO（氧化铟锡）透光电极（正极）和Al等金属电极（负极）之间所组成（见图1）。通常ITO电极上需要旋涂一层透明导电聚合物——PEDOT：PSS（聚3,4乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸）的修饰层，厚度为30～60 nm，光敏活性层的厚度一般为100～200 nm。正极应该具有高的功函数，而负极使用低功函数的金属电极。此类太阳能电池的工作原理见图2。

图1　聚合物太阳能电池器件示意图

图2　聚合物太阳能电池的工作原理图

当光透过ITO电极照射到活性层上时，活性层中的共扼聚合物给体吸收光子产生激子（电子－空穴对），激子迁移到聚合物给体/受体界面处，其中的电子转移给电子受体PCBM的LUMO（最低空分子轨道或最低未占分子轨道）能级，空穴保留在聚合物给体的HOMO（最高占据分子轨道）能级上，从而实现光生电荷分离，然后在电池内部势场（其大小正比于正负电极的功函数之差、反比于器件活性层的厚度）的作用下，被分离的空穴沿着共轭聚合物给体形成的通道传输到正极，而电子则沿着受体形成的通道传输到负极。空穴和电子分别被相应的正极和负极收集以后形成光电流和光电压，即产生光伏效应。

2　聚合物太阳能电池材料的发展

聚合物太阳能电池的发展始终伴随着材料科学的创新。图3给出了一些代表性材料的化学结构。最早的聚合物太阳能电池所用的聚合物为MEH-PPV［聚2－甲氧基－5－（2－乙烯基－己氧基）聚对苯乙烯撑］，由Wudl等人合成[9]。Wudl还发明了一种最重要的富勒烯衍生物——PCBM，PCBM是聚合物太阳能电池受体发展的一个里程碑，至今仍然被广泛使用。1995年，Yu等[7]将MEH-PPV与富勒烯、富勒烯的衍生物共混，首次得到了具有较高能量转换效率的太阳能电池。该项工作开辟了聚合物材料用于太阳能转换领域的新时代。基于PPV材料体系的聚合物太阳能电池经过研究人员的优化，效率已经超过3%。

然而，太阳能电池效率的进一步提升受到了聚合物材料相对低的空穴迁移率和过窄的光学吸收带的限制。可溶性的聚噻吩特别是聚3－己基噻吩（P3HT）具有高的空穴迁移率[10-11]，因此较MEH-PPV的光学吸收带宽2000年，P3HT成为聚合物太阳能电池的标准材料。通过形貌控制优化[12-13]，其能量转化效率可以达到4%～5%，成为世界有机太阳能电池领域的关注焦点。

图3　具有代表性的太阳能电池给体和受体的化学结构

近年来，许多高性能的聚合物太阳能电池材料得到开发利用，聚｛2,6－（4,4－双－（乙－乙基己基）－4H－环戊［2,1－6;3,4-6'］双噻吩）－交替－4,7 （2,1,3－苯并噻二唑）｝（PCPDTBT）是其中之一,它是一种窄带隙聚合物材料,其光学吸收的波长可以达到900 nm。基于PCPDTBT材料体系的太阳能电池最初效率仅为3%[14]，通过在PCPDTBT中引入添加剂熔基硫醇，其能量转换效率被提升到5.5%左右[15]。Lecler等[16]合成的基于PCDTBT的聚合物太阳能电池效率为3.6%，2009年，通过引入氧化钛（TiOx）作为光学隔离层，这种聚合物太阳能电池的效率被提高到6.1%[17]。Liang等[18-20]合成了一系列带有噻吩并[3,4-b]噻吩（TT）和苯并[1,2-6;4,5-6']二噻吩（BDT）单元的高性能聚合物材料，这也是第一次通过给体材料使聚合物太阳能电池能量转化效率达到7%～8%的水平。此后，能量转化效率达到7%以上的太阳能电池不断涌现，它们都是基于太阳能电池的结构优化或新材料体系[21-27]。

目前材料的创新是聚合物太阳能电池性能提升的主要驱动力。材料设计的关键在于通过工程设计缩小聚合物的带隙和扩大给体HOMO能级以及受体LUMO能级之差以实现提高短路电流和开路电压、提高聚合物的平面度以达到高的载流子迁移率等目的，同时还要考虑到材料的加工性能和稳定性[28-29]。上述因素相互关联，对单一聚合物进行所有因素的优化仍然是一个重大的挑战。

聚合物太阳能电池的效率η=VOC×JSC×FF，其中VOC为开路电压、JSC为短路电流FF为填充因子。在过去的10年有关聚合物设计和参数优化的理论知识有了明显发展。

聚合物太阳能电池的开路电压可以通过经验公式VOC=e-1×（EdonorHOMO-EPCBMLUMO）-0.3V进行计算，其中e是电子电荷，E是能级差，0.3V是电荷分离效率的经验值[30]。HOMO能级较低的给体聚合物将产生较高的VOC。P3HT是迄今为止应用最广泛的给体，HOMO能级约为4.9 eV[31]，与之对应的VOC值大约为0.6 V。

噻吩是一种富电子的聚合物[32-33]，而在聚合物太阳能电池领域电子含量低的聚合物具有较低的HOMO能级，如芴和咔唑等，它们经常被用作宽能带隙材料。将这些给电子能力较弱的物质加入到聚合物给体中，可以显着增加V。Cao等[34]证明了含有OC芴单元的聚合物太阳能电池的开路电压VOC≈1 V。Inganas等[35]也报道了聚合物给体中含有芴和喹喔啉交替结构，其开路电压VOC≈1 V。PCDTBT聚合物链中包含咔唑单元，其开路电压V≈0.89V[16]。给体和OC受体之间的非辐射复合也会影响VOC。将其消除有助于最大限度地提高VOC[36]。然而，将聚合物的设计与该消除过程相结合比较困难。

JSC是另外一个影响聚合物太阳能电池性能的重要参数。实现高JSC的最有效策略是减小聚合物太阳能电池材料的能带隙（小于1.8 eV）使其可以吸收更广范围内太阳光谱[28-29，37]，方法包括设计交替的给体-受体结构、稳定醌型结构、控制聚合物链的平面性和调整有效的共轭长度。设计交替的给体-受体结构是最常见的方法，在这种具有推挽效应的给体-受体结构单元中，通过光诱导分子内电荷转移，有利于聚合物链中形成电子的离域和低带隙的醌型结构[28,38-39]。

根据分子轨道摄动理论，电子离域引起分子轨道的杂化，导致电子在相互作用的轨道之间再分配，由此会形成两个新的杂化轨道（一个更高的HOMO能级水平和一个更低的LUMO能级水平），进而导致能带隙变窄。其中最成功的例子是PCPDTBT的给体-受体结构[14-15]。PCPDTBT通过混入二甲基环戊二烯并噻吩单元和苯并噻二唑单元，使能带隙的宽度扩大到1.4 eV（900 nm）。该给体-受体结构并不限于聚合物主链。Huang等[40]研究表明，给体主链含有受体基侧链的给体-受体结构也可以导致较低的能带隙。另一个降低带隙方法是形成稳定的醌共轭结构单元[18,37]。Yu等[33]发现噻吩并[3,4-b]噻吩单元可以通过一个稠合噻吩环稳定醌结构。含有TT和BDT交替单元聚合物的能带隙约为1.6 eV。

带隙变窄不是影响JSC的唯一因素,其他因素还包括载流子迁移率、分子间相互作用和分子链的堆砌方式，因此，聚合物化学结构和结晶度的调整均对其JSC值有显著影响。Yang等[41-42]通过硅原子取代PCPDTBT桥接碳原子合成了PSBTBT。与PCPDTBT相比，PSBTBT具有较高的结晶度，因此PCPDTBT的空穴迁移率较高，JSC值也较高。通过改善分子堆砌结构提高分子空间结构的平面性也可以提高空穴迁移率[43-44]。

虽然采用上述策略可以提高开路电压和短路电流，但是同时提高开路电压和短路电流仍然比较具有挑战性。缩小的带隙可以提高短路电流，但由于较高的HOMO，VOC可能会相应降低。研究人员最近还发现结构微调可以同时有效提高开路电压和短路电流[19-22]。例如，把氟原子引入TT结构单元中可同时降低HOMO和LUMO、提高VOC并保持能带隙大小不变。微调的侧链结构也能达到类似的效果，例如采用富电子程度较低的烷基侧链取代富电子的烷氧基侧链可同时降低HOMO和LUMO能级。

影响聚合物太阳能电池效率的第三个参数是FF。FF为实际功率与可获得的最大功率之间的比率，它受到许多因素的影响，包括电荷的载流子迁移率和平衡、界面复合、串联和并联电阻、薄膜的形态和给体与受体之间的相容性[44]。

目前，明确认识并有效调节FF仍具有一定的困难。从材料设计的角度看，应考虑分子结构的平面性、分子间的相互作用、分子链堆砌结构和结晶度、高流动性单元结构等因素。侧链的调整对提高FF也有相当大的改善作用。例如，Fréchet等[45]通过优化侧链结构合成了侧链为聚N,N－二（4－丁苯基）－N,N－二（苯基）对二氨基联苯（TPD）的聚合物，侧链的调整有利于优化π-π堆积、聚合物的结晶度和材料的相容性，并将FF从55%提高到68%[26]。

新的受体也可以提高光电转换效率[46-50]。例如，C70衍生物较C60衍生物表现出更好的光子吸收能力。C70衍生物取代C60衍生物可将JSC提升10%左右。此外，还可以通过使用新的受体材料提高VOC。提高LUMO能级也会提高VOC，这一现象最明显的例子是C60与茚的双加成物。基于P3HT系统的聚合物太阳能电池，在富勒烯中添加富电子的茚单元，与PC61BM相比其LUMO能级上移0.17 eV，开路电压提高40%达到0.84V。虽然茚和富勒烯双加成物的性能超过PC61BM的性能，但是提高其与其他聚合物给体相容性仍然是一个难题。

3　聚合物太阳能电池的新成果及发展前景

实验室的聚合物太阳能电池的最大光电转换效率必须在15%以上（目前的组件效率在10%～12%）才能有实际应用的价值。串联式太阳能电池结合了两个或多个具有不同吸收范围的子单元（见图4），这显然是一个非常有吸引力的提高光电转换效率的方式，因为它可以提高光子的利用效率显著，从而保持开路电压处于稳定状态[51]。

图4　串联聚合物太阳能电池的器件结构

图4为溶液法制备的串联聚合物太阳能电池的典型结构。关键组件技术包括子单元高效匹配使VOC最大化、子单元光谱区间的匹配和溶液法制备的稳定透明的界面层。在过去的两年中，设备创新、与光敏材料的结合和界面层的改进等为串联式太阳能电池提供了一个坚实的基础。研究结果证明了串联式太阳能电池的可行性，目前其效率最大可以达到8.6%[52-54]。

稳定性是聚合物太阳能电池进入市场之前必须解决的主要问题之一。聚合物太阳能电池必须具有足够的稳定性才会更具有市场竞争力。组件效率7%和七年寿命是卷轴式连续制造工艺生产聚合物太阳能电池的极限。许多研究小组已经表明，与传统的系统相比，反型聚合物太阳能电池有更长的寿命。在工业应用领域，Konarka公司的第一代具有柔韧性的聚合物太阳能电池板寿命为3年，并且采用了柔性封装。所有这些技术进步是令人鼓舞的，OLED（有机发光二极管）行业的发展已表明实现长寿命的聚合物太阳能电池虽然具有挑战性，但并非不可能。延长聚合物太阳能电池的使用寿命是一项非常有发展前景的技术，近年来聚合物太阳能电池领域的快速进步为这项技术发展注入了坚定的信心。

4　结语

聚合物太阳能电池由于能够自行设计材料的分子结构、材料可选择余地大、毒性较小、加工容易、成本较低等特点越来越受到人们的重视。尽管聚合物太阳能电池特有的优势相当明显,但目前其能量转换效率仍然不高，约为10%，这直接制约了其产业化的实现。改善太阳能能量转换效率的途径主要有：

（1）改善聚合物太阳能电池的光吸收效率，主要是使用具有近红外或红外吸收的聚合物或染料；

（2）改善聚合物太阳能电池光电流的产生，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纳米材料；

（4）聚合物太阳能电池器件制备过程的优化与稳定性的探索；

（5）对聚合物太阳能电池器件的物理理论和实验技术进行探索。

参考文献：

[1]Tang C W.Multilayer organic photovoltaic elements:US, 416443A[P].1979-8-14.

[2]Tang CW.Two-layer organic photovoltaic cell[J].Applied Physics Letters,1986,48(2):183-185.

[3]SariciftciN S,Smilowitz L,Heeger A J,et al.Photoinduced electron transfer from a conducting polymer to buckminsterfullerene[J].Science,1992,258(5087):1474-1476.

[4]Morita S,Zakhidov AA,Yoshino K.Doping effectof Buckminsterfullerene in conducting polymer:change of absorption spectrum and quenchingof luminescence[J].Solid State Communications,1992,82(4):249-252.

[5]SariciftciN S,Smilowitz L,Heeger A J,etal.Semiconducting polymers(asdonors)and buckminsterfullerene(asacceptor):photoinduced electron transfer and heterojunction devices[J].Synthetic Metals,1993,59(3):333-352.

[6]Hiramoto M,Fujiwara H,Yokoyama M.p-i-n like behavior in three-layered organic solar cells having a co-deposited interlayer of pigments[J].Journalof Applied Physics,1992, 72(8):3781-3787.

[7]Yu G,Gao J,Hummelen JC,et al.Polymer photovoltaic cells:enhanced efficiencies via a network of internal donoracceptor heterojunctions[J].Science,1995,270(5243):1 789-1791.

[8]Halls JJM,Walsh CA,Greenham NC,etal.Efficientphotodiodes from interpenetrating polymer networks[J].Nature, 1995,376(6540):498-500.

[9]Wud l F,Srdanov G.Conducting polymer formed of poly (2-methoxy-5-(2’-ethylhexyloxy)-p-phenylene vinylene). US,5 189,136[P]1993-2-23.

[10]Padinger F,Rittberger R S,Sariciftci N S.Effects of postproduction treatment on plastic solar cells[J].Advanced FunctionalMaterials,2003,13(1):85-88.

[11]Bao ZN,Dodabalapur A,Lovinger A J.Soluble and processable regioregular poly(3-hexylthiophene)for thin film field-effecttransistorapplicationswith highmobility[J].Applied Physics Letters,1996,69(26):4108-4110.

[12]LiG,Shrotriya V,Huang JSetal.High-efficiency solution processable polymer photovoltaic cells by self-organization of polymer blends[J].Nature Materials,2005,4(11): 864-868.

[13]MaW L,Yang CY,Gong X,etal.Thermally stable,efficient polymer solar cellswith nanoscale controlof the interpenetratingnetworkmorphology[J].Advanced FunctionalMaterials,2005,15(10):1617-1622.

[14]Mühlbacher D,Scharber M,Morana M,et al.High photovoltaic performance ofa low-bandgap polymer[J].Advanced Materials,2006,18(21):2884-2889.

[15]Peet J,Kim JY,Coates NE etal.Efficiency enhancement in low-bandgap polymer solar cells by processing with alkane dithiols[J].NatureMaterials,2007,6(7):497-500.

[16]Blouin N,Michaud A,Leclerc M.A low-bandgap poly (2,7-carbazole)derivative for use in high-performance solar cells[J].Advanced Materials,2007,19(17):2295-2300.

[17]Park SH,Roy A,BeaupréS,etal.Bulk heterojunction solar cellswith internalquantum efficiency approaching 100%[J]. Nature Photonics,2009,3(5):297-302.

[18]Liang Y Y Wu Y,Feng D Q,et al.Development of new semiconducting polymers for high performance solar cells[J]. Journal of the American Chemical Society,2009,131(1): 56-57.

[19]Liang YY,FengDQ,Wu Y,etal.Highly efficientsolar cell polymers developed via fine-tuning of structural and electronic properties[J].Journalof the American Chemical Society,2009,131(22):7792-7 799.

[20]Chen H Y,Hou JH,Zhang SQ,etal.Polymer solar cells with enhanced open-circuitvoltage and efficiency[J].Nature Photonics,2009,3(11):649-653.

[21]Price SC,Stuart A C,Yang LQ,et al.Fluorine substituted conjugated polymerofmedium band gap yields7%efficiency in polymer-fullerene solar cells[J].Journalof the American ChemicalSociety,2011,133(12):4625-4 631.

[22]Zhou H X,Yang LQ,StuartAC,etal.Developmentof fluorinated benzothiadiazole as a structural unit for a polymer solar cell of 7%efficiency.Angewandte Chemie-International,Edition,2011,50(13):2995-2998.

[23]Su M S,Kuo CY,Yuan M C,et al.Improving device efficiency of polymer/fullerene bulk heterojunction solar cells throughenhanced crystallinity and reduced grain boundaries induced by solventadditives[J].Advanced Materials,2011, 23(29):3315-3319.

[24]Yang J,Zhu R,Hong ZR,etal.A robust inter-connecting layer for achieving high performance tandem polymer solar cells[J].Advanced Materials,2011,23(30):3465-3470.

[25]Sun YM,Takacs C J,Cowan SR,etal.Efficient,air-stable bulk heterojunction polymer solar cells using MoOxas the anode interfacial layer[J].Advanced Materials,2011,23(19): 2 226-2 230.

[26]Chu TY,Lu JP,BeaupréS,etal.Bulk heterojunction solar cells using thieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione and dithieno [3,2-b:2,3-d]silole copolymerwith a power conversion efficiency of7.3%[J].2011,133(12):4250-4253.

[27]Amb CM,Chen S,Graham K R,etal.Dithienogermole asa fused electron donor in bulk heterojunction solar cells[J]., 2011,133(26):10062-10065.

[28]Cheng Y J,Yang S H,Hsu C S.Synthesis of conjugated polymers fororganic solar cellapplications[J].ChemicalReviews,2009,109(11):5868-5923.

[29]Liang Y Y,Yu L P.Development of semiconducting polymers for solarenergy harvesting[J].Polymer Reviews,2010, 50(4):454-473.

[30]Scharber M C,Mühlbacher D,Koppe M,etal.Design rules for donors in bulk-heterojunction solar cells-towards 10% energy-conversion efficiency[J].Advanced Materials,2006, 18(6):789-794.

[31]Yun JJ,Jung H S,Kim SH,et al.Chlorophyll-layer-inserted poly(3-hexyl-thiophene)solar cell having a high light-to-current conversion efficiency up to 1.48%[J].Applied Physics Letters,2005,87(12):1-3.

[32]Mccullough R D,Tristram-Nagle S,Williams S P,et al. Self-orienting head-to-tail poly(3-alkylthiophenes).New insights on structure-property relationships in conducting polymers[J].Journal of the American Chemical Society, 1993,115(11):4910-4911.

[33]Yu W L,Meng H,Pei J,et al.Tuning redox behavior and emissivewavelength of conjugated polymers by p-n diblock structures[J].Journal of the American Chemical Society, 1998,120(45):11808-11809.

[34]Zhou Q M,Hou Q,Zheng L P,et al.Fluorene-based low band-gap copolymers for high performance photovoltaic devices[J].Applied Physics Letters,2004,84(10):1653-1655.

[35]Gadisa A,Mammo.W,Andersson L M,et al.A new donor-acceptor-donor polyfluorene copolymer with balanced electron and holemobility[J].Advanced Functional Materials,2007,17(18):3836-3842.

[36]Vandewal K,Tvingstedt K,Gadisa A,et al.On the origin of the open-circuit voltage of polymer-fullerene solar cells[J]. NatureMaterials,2009,8(11):904-909.

[37]Liang Y Y,Yu LP.A new classofsemiconducting polymers for bulk heterojunction solar cells with exceptionally high performance.Accounts of Chem ical Research,2010,43(9): 1227-1236.

[38]Havinga EE,HoeveW T,Wynberg H.A lternate donor-acceptorsmall-bandgapsemiconductingpolymers: polysquaraines and polycroconaines[J].Synthetic Metals, 1993,55(1):299-306.

[39]Zhang Q T,Tour JM.Low optical bandgap polythiophenes by an alternating donor/acceptor repeat unit strategy[J]. Journal of the American Chemical Society,1997,119(21): 5065-5066.

[40]Huang F,Chen K S,Yip H L,et al.Development of new conjugated polymers with donorπ-bridge-acceptor side chains for high performance solar cells[J].Journal of the American ChemicalSociety,2009,131(39):13886-13887.

[41]Chen H Y,Hou JH,Hayden AE,etal.Silicon atom substitution enhances interchain packing in a thiophene-based polymer system[J].Advanced Materials,2010,22(3): 371-375.

[42]Zhang Y,Zou JY,Yip H L,et al.Indacenodithiophene and quinoxaline-based conjugated polymers for highly efficient polymer solar cells[J].Chem istry ofMaterials,2011,23(9):2 289-2291.

[43]He F,WangW,ChenW,etal.Tetrathienoanthracene-based copolymers forefficientsolar cells[J].Journalof the American Chem icalSociety,2011,133(10):3284-3287.

[44]Chen D,Liu F,Wang C,et al.Bulk heterojunction photovoltaic active layers via bilayer interdiffusion[J].Nano Letters,2011,11(5):2071-2078.

[45]Piliego C,Holcombe TW,Douglas JD,etal.Synthetic control of structural order in N-alkylthieno[3,4-c]pyrrole-4, 6-dione-based polymers for efficientsolar cells[J].Journalof theAmerican ChemicalSociety,2010,132(22):7595-7597.

[46]LenesM,Wetzelaer G JA H,Kooistra FB,etal.Fullerene bisadducts for enhanced open-circuit voltages and efficiencies in polymer solar cells[J].Advanced Materials,2008,20 (11):2 116-2119.

[47]Laird DW,Stegarmat R,Ricter H,et al.Organic photovoltaic devices comparising fullerenesand derivatives thereof:US12/40776[P].2008-2-29.

[48]Ross R B,Cardona C M.Guldi D M.et al.Endohedral fullerenes fororganic photovoltaic devices[J].NatureMaterials,2009,8(3):208-212.

[49]He Y J,Chen H Y,Hou JH,etal.Indene-C60bisadduct:a new acceptor for high-performance polymer solar cells[J]. Journal of the American Chemical Society,2010,132(4): 1377-1382.

[50]Zhao G J,He Y J,Li Y F.6.5%efficiency of polymer solar cells based on poly(3-hexylthiophene)and indene-C60bisadduct by device optimization[J].Advanced Materials, 2010,22(39):4355-4358.

[51]King R R,Law D C,Edmondson K M,et al.40%efficient metamorphic GaInP/GaInAs/Gemultijunction solar cells[J]. App lied Physics Letters,2007,90(18):183516.

[52]Gilot J,Wienk M M,Janssen R A.J.Double and triple junction polymer solar cells processed from solution[J].Applied Physics Letters,2007,90(14):143512.

[53]Kim JY,Lee K H,Coates N E,etal.Efficient tandem poly-mer solar cells fabricated by all-solution processing[J].Science,2007,317(5835):222-225.

[54]Sista S,Park M,Hong Z,etal.Highly efficienttandem polymer photovoltaic cells[J].Advanced Materials,2010,22(3): 380-383.

中图分类号TM 914.4

收稿日期：2015年1月

第一作者简介：高飞男1982年生硕士实验师主要从事聚合物的教学和研究工作

Research Progress of Polymer Solar Cells

Gao Fei Tong Yu Tang Ning Zhao Yu Zhang Lingli

Abstract:Illustrates the differences between polymer solar cells and traditional inorganic solar cells,and points out the advantages of polymer solar cells.Introduces the working principle,device configuration,photoelectric effect process and materials development of polymer solar cells.Analyzes the currentmain factors that restrict the improvement of cells efficiencies and stabilities,puts forward ways of improving the efficiencies,and forecasts the development direction of polymer solar cells.

Key words:Polymer solar cells;Working princip le;Device configuration;Cell efficiency