文 献 综 述

一、本课题的研究背景及意义

随着21世纪的脚步,经济的不断发展，以及能源的损耗，地球上的能源储存量越来越。以煤、石油、天然气等为代表的传统的不可再生的化石能源的储量在不断减少，价格不断上涨，由于能源问题引起的地区和国际性争端时有发生。[1]为了能维持世界的和平及实现经济的可持续发展，新能源的需求迫在眉睫。1954年贝尔实验室里ChapinD.M等人制备出了全球第一个太阳能电池[2]，太阳能电池这个新颖的词汇开始进入人们的视野。20世纪70年代时，效率达到15%~20%的Si太阳能电池从某种程度上解决了新能源需求问题，但是因为硅(Si)太阳能电池材料纯度要求高，高纯度Si材料提炼污染环境，且Si太阳能电池器件制备工艺复杂，这些导致Si太阳能电池的成本居高不下。[3]不利于市场化的推广，为了解决这一系列的问题，有机太阳能电池应运而生，并作为清洁新能源的研究热点。

由2000年诺贝尔奖获得者Alan.J.Heeger等发现的共扼有机聚合物可能是低成本太阳能电池的主体材料的首选[4]。这一类的有机聚合物能够有可以和铜相媲美的导电性，它具有可折叠性、低成本、易加工和可以进行化学裁接等优点[5]。这类材料己经在有机显示领域得到了广泛的应用[6-7]，基于这类材料的有机场效应管也有报道[8]。太阳能电池材料的吸收光谱与太阳光谱匹配程度、载流子迁移率和合适的能级水平对于获得高的器件效率至关重要。[9]吡咯并吡咯二酮基团具有一定的刚性平面结构和良好的载流子传输特性，同时可以与给电子基团形成给体-受体(D-A)共轭结构，从而获得较低的能带隙、拓宽和增强材料的光谱吸收而被广泛用于构建高效有机太阳能材料。

对于聚合物太阳能电池给体材料，研究小分子给体材料是有效的替代方案，它的吸引力如下：合成与纯化更为直接便捷；较少的批与批之间性质的差距；内部固有的单分散性[10]。即使如此，与聚合物给体材料相比，液处理小分子给体材料还没有得到广泛的研究，而且其器件的能量转换率比较低下。传统的小分子体异质结（BHJs）用富勒烯衍生物（PC71BM）作为给体材料，这种给体材料的效率可以达到4.3--4.4%[11]，甚至在多步过程控制之后可以达到5.2%[12]。然而，利用更容易接受的富勒烯衍生物（PC61BM）作为给体材料制作的小分子异质结太阳能电池，它的PCEs还没有超过3.7[13]。这些观察提出了更让人感兴趣的问题，有机小分子材料的合成需要更大的投入。

二、相关课题在国内外的研究进展

相对于聚合物太阳能电池的研究来讲，有机小分子太阳能电池给受体材料的合成研制范围还相当狭隘。早期的有机小分子给体材料包括酞菁(phthalcyanine)、叶琳(porPhyrin)、菁(Cyanine)等。随着小分子材料的不断发展，出现了以下几类应用于有机太阳能电池的材料，如低聚体(oligomer),枝状分子(dendritner)和液晶材料。总体来说，这些材料的出现都是为了满足提高材料稳定性、增加光谱响应范围或提高材料导电性的要求。[14]

1986年，C.W.Tang在APL上报道了第一个双异质结薄膜小分子有机太阳能电池。器件采用CuPc为给体，PV为受体。在AM2.0光照条件下，器件的光电转换效率达1%，器件的填充因子为0.65，这项成果开创了有机太阳能电池研究的新篇章。[15]

2000年，美国普林斯顿大学 P. Peumans，V. Bulovic and S. R. Forrest首次在双异质结小分子有机太阳能电池的有源层和金属电极间引入了激子阻挡层 EBL

（exciton-blocking layer），激子阻挡层防止了激子在电极处的淬灭，优化了器件的光场分布。在引入一个简单光学结构的情况下，有机太阳能电池器件的光电转换效率达 2.4%#177;0.3%。[16]