? 导电高分子材料
光电
转化
? 光敏高分子材料
高分 子材
料
? 高分子光传输材料
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全塑光缆——高分子光传输材料
? 1970年美国康宁公司研制出石英玻璃光导纤维， 同年贝尔又试制成半导体激光器，这两项新技术 的结合，开创了光信息传输的新时代。
? 玻璃光纤具有传输带宽大、损耗低、抗电磁干扰、 节约能源的优点。
? 聚合物太阳能电池一般由共轭聚合物给体和富勒烯 衍生物受体的共混膜夹在ITO透明正极和金属负极 之间所组成，具有结构和制备过程简单、成本低、 重量轻、可制备成柔性的器件等突出优点。近年来 成为国内外研究热点。
? 结构规整的聚(3-己基)噻吩(P3HT)和可溶性C60衍 生物PCBM是最具代表性的给体和受体光伏材料。 基于P3HT/PCBM的光伏器件能量转换效率稳定达到 3.5～4.0%左右，使这一体系成为聚合物太阳能电 池研究的标准体系。但P3HT/PCBM体系也存在电子 能级匹配性不好（P3HT的HOMO能级太高或者说 PCBM的LUMO能级太低）的问题，这导致了器件的 开路电压较低，只有0.6 V左右，这限制了其能量转 换效率的进一步提高。
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设想 ——高分子光电转换材料
?倍受关注的高分子材料为P3HT，PCBM ? P型半导体材料P料相比，P3HT具有更低的 能隙以利于对于太阳光长波段的吸收，同时P3HT 具有好的分子间序和更好的载流子迁移能力，尤 其是空穴传输率可达10-2cm2v-1s-1，通过研究发现 经过后期处理(如退火和电场处理)可以更好地改善 器件性能
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光电响应原理
? 在聚合物太阳能电池中光电响应过程是在光敏层中 产生的. 共轭聚合物吸收光子以后并不直接产生可 自由移动的电子和空穴, 而产生具有正负偶极的激 子(exciton). 只有当这些激子被解离成可自由移动 的载流子, 并被相应的电极收集以后才能产生光伏 效应. 否则, 由于激子所具有的高度可逆性, 它们 可通过发光、弛豫等方式重新回到基态, 不产生光 伏效应的电能. 在没有外加电场的情况下, 如何使 光敏层产生的激子分离成自由载流子便成为聚合物 太阳能电池正常工作的前提条件。
光电转化高分子材料
高材112：曹洋，刘一凡，胡益鸣，徐 善杰，张兵，麻存仁
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光电高分子材料
物理化学功能材料： ?电学功能材料，如导电性高分子、超导性高分子、感电性高 分子等 ?光学功能材料，如感光性高分子、导光性高分子、光敏性高 分子等 ?能量转换功能材料，如压电性高分子、热电性高分子等
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信息科学中的高分子材料
? 与光化学关系较为密切的是紫外光，因为阳光中紫外线 的含量较少。
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光电转化高分子材料 ——聚合物太阳能电池
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内容
? 研究背景 ? 太阳能电池 ? 相关原理 ? 设想
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研究背景
? 能源问题是人类面临的最现实问题。它不仅 仅表现在常规能源的不足，更重要的是化石 能源的开发利用带来的诸多环境问题。目前 全球热点问题是如何迎接在能源短缺和环境 保护双重制约条件下实现经济和社会可持续 发展的重大挑战。
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离子分离
? 电子给体/ 受体方式是实现有机光伏电池中激子分离的有效途 径. 因此, 光敏层至少要使用两种功能材料( 或组分), 即电子 给体(donor 或D)与电子受体(acceptor 或A)组成. 目前D 相材料 主要使用共轭聚合物, 如PPV, 聚噻吩和聚芴的衍生物, 但它们 的能带间隙较高. 最近发展了低能带间隙的电子给体材料如噻 吩、芴、吡嗪等的共聚物; 而常用的A 相材料主要是有机受体 C60及其衍生物, 纳米ZnO, CdSe 等无机受体材料以及含有氰基 等吸电子基团的共轭聚合物受体材料. 为了使激子过程得以顺 利进行, 要求所选用电子给体的最低空轨道(LUMO) 能级比电子 受体的LUMO能级稍高, 这样在能量的驱动之下, 电子由D 相的 LUMO 转移到A 相的LUMO上. 一般情况下, D 相的LUMO能级比 A 相的LUMO能级高0.3~0.4 eV 时就能使激子有效地分离成自 由载流子。
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硅的终结者：导电高分子材料
? 什么是导电高分子？ – 要使高分子材料导电就必须能模拟金属的行为，亦即电 子必须能不受原子的束缚而能自由移动，要达到此目的 的第一个条件就是这个聚合物应该具有交错的单键与双 键，亦称为“共轭”双键。 – 为了使共轭高分子导电，必须要做参杂。这和半导体经 过参杂后提高导电率类似。
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? 到目前为止，研究的光导电性高分子有下面几类： ? (1)链中含有共轭键的聚合物，如聚乙炔、聚席夫碱
、聚多烯、聚硅烷等； ? (2)侧链或主链中含有稠合芳烃基的聚合物； ? (3)侧链或主链具有杂环的聚合物，如聚乙烯咔唑及
其衍生物； ? (4)一些生物高分子及其类似物。其中，聚乙烯咔唑
及衍生物是当今研究较多，应用开发较好的一类光 电材料。
有机\ 聚合物太阳能电池
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光电转换材料
? 光电转换材料是一种能将光通过一定的物理或化学方法变 成电能的功能材料，是材料科学研究领域的一个热点。
? 光电转换材料最重要的用途是制作太阳能电池。
硅太阳能电池
成本昂贵、工艺复杂、材料要求苛刻。
有机光电池
潜在的低成本、轻重量和分子水平的可设计性。
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有机/聚合物太阳能电池
? 太阳能是可再生能源，是真正意义上的环保 洁净能源，其开发利用必将得到长足的发展 ，并终将成为世界能源结构中的主导能源。 太阳能的开发利用必将得到长足的发展，并 终将成为世界能源结构中的主导能源。
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太阳能电池分类
传统太阳能电池：
? 晶体硅太阳能电池 ? 非晶硅太阳能电池 ? 化合物半导体太阳能电池 ? 纳米晶化学太阳能电池
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光敏高分子材料
? 光敏高分子化学是高分子化学与光化学两个极为重要的 学科交叉的产物。光化学是指在光作用下发生的化学变 化。光化学反应的重要特点在于它的选择性，反应物分 子只有吸收特定的波长的光才能发生反应。
? 一般化学反应的反应物要通过一个能量较高的过渡状态 再生成产物（如爬山），与此不同，光化学反应的反应 物好像是处于颠峰上的物质，它的反应意味着选择下山 的路线。