有機太陽能電池概述有機聚合物太陽能電池器件基本 結 構 為：ITO/ PEDOT∶PSS/共軛聚合物：富勒烯及其衍生物/LiF/ Al。這類太陽能電池稱為本體異質結 BHJ太陽能電池［2］。本體異質結 BHJ是指活性層是由給體和受體均勻混合在一起形成的混合膜，這大大增加了給體/受體界面的面積，減小了給體表面與受體表面之間的距離，能在非常短的距離內使得激子得到有效分離，有利于電子與空穴的傳輸。它是到目前為止，構建聚合物太陽能電池最有效的體系結構。目前，根據(jù)有機太陽能電池的工作原理［3］，研究人員對有機太陽能電池進行了多方面的研究，其 中 以 BHJ太陽能電池表現(xiàn)出了較好的性能，在這類電池中富勒烯及其衍生物（如 PC61BM，PC70BM）是應用最普遍的受體材料。下面主要以性能好的 BHJ型太陽能電池為例，從材料的設計和制備角度出發(fā)，設計合成以共軛聚合物為電子給體，富勒烯衍生物 PC61BM 為電子受體。結合氟原子的特殊性，將其作為吸電子基團引入到共軛聚合物的受體單元中，以調變聚合物的光學帶隙和 HOMO 能級、LUMO 能級，使其與富勒烯受體更好地匹配混溶，形成納米級的共連續(xù)互穿網(wǎng)絡。此外，活性層與電極之間界面的特性，也是影響 BHJ有機太陽能電池性能的重要因素。因含氟物質有優(yōu)異的耐候性、耐久性等特性，所以考慮將含氟物質引入二者之間界面修飾層中，使器件性能提高。 2 含氟共軛聚合物作為給體材料的研究含氟有機分子表現(xiàn)出了一系列獨特的功能，如良好的熱穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性，抗降解性能強［4］，疏水性和疏油性的提高［5］。這些特殊的功能與氟原子獨特性　能相關：1）氟是電負性最大的元素;2）氟是最小的吸電子基團。因此，含氟共軛材料已在有機場效應晶體管 （OFET）［6］和有機發(fā)光二極管（OLED）［7］中得到探索和應用。但是，含氟聚合物在有機太陽能電池中，特別是在本體異質結（BHJ）聚合物太陽能電池中的應用卻很少［8］。要增強聚合物太陽能電池的性能，顯著提高光電轉化率，需要加強對共軛聚合物的研究。為了增加光的吸收，增加短路電流（Jsc），共軛聚合物應是低帶隙的，但是狹窄的帶隙又損害了開路電壓（Voc）。所以， 要使 BHJ型 太 陽 能 電 池 器 件 的 整 體 能 量 轉 化 效 率 （PCE）提高，需要在帶隙盡量低且保持恒定的同時增加開路電壓，共軛聚合物的 HOMO 和 LUMO 的能級也必須同時下降。因此，這要通過在聚合物中添加吸電子基團來實現(xiàn)。以聚噻吩衍生物為例，不含缺電子側基基團的聚噻吩衍生物的 HOMO 值為-4.76eV。當向聚合物骨架中引入含酯基的吸電側基基團后，衍生物的 HOMO 值降到了-5.1eV。相應的開路電壓由原來的0.6V 上升到了0.8V ［9］。 2.1 含氟苯并噻二唑在有機太陽能電池中的應用目前，采用給體-受體戰(zhàn)略研究含氟低帶隙聚合物結構的光伏性能是創(chuàng)造新的 BHJ型太陽能電池聚合物的方法之一。含氟苯并噻二唑作為含氟共軛聚合物在 BHJ型太陽能電池中得到了研究。對有機太陽能電池的給體單元與受體單元的特性進行研究，發(fā) 現(xiàn) “弱 （D）-強 （A）”的 結 構 是 效 率 最 高的［10］。2，1，3-苯并噻二唑（BT）作為受體，然后用2個氟原子取代 BT 單元上的2個氫原子。氟取代后，BT 單元苯環(huán)上的電子密度降低，所得聚合物的 LUMO 和 HOMO 能級將減少［11］。而且，取代前后的聚合物具有相似的尺寸，將不會在相鄰單體之間增加額外空間位阻。此外，氟化后 BT 單元兩側的2個烷基化噻吩基單元，可以增加聚合物的溶解度［12，13］。將苯［1，2- b∶4，5-b’］并二噻吩（BnDT）作為給體，首先因為它是弱給體，能使所得聚合物維持低的 HOMO 能級［14］; 其次，它具有相當好的穩(wěn)定性，其結構的對稱性和剛性稠芳香體系可以提高電子的離域，分子間的作用力可以提高電荷遷移率［15］。最后，將二者聚合，制備了新型給體-受 體 共 軛 聚 合 物：PBnDT-DTffBT（如 Fig.1 所示）。將PBnDT-DTffBT 與無氟取代的 PBnDT-DTBT 進行了實驗研究，比較氟取代前后聚合物的各種性能。采用密度泛函理論（DFT）可以評估氟原子對 PBnDTDTffBT光電性質的影響。而且，從 PBnDT-DTffBT 的循環(huán)伏安圖中可以估測它的 HOMO 和 LUMO 能量水 平。 若 以 PBnDT-DTffBT/PC61BM 作 為 BHJ 結構太陽能電池的活性層，進行實驗研究［16］，結果表明 PBnDT-DTffBT 具有高的開路電壓為0.91V，相當高 的 Jsc為 12.9 mA/cm2，而 且 FF 值 為 0.61，在 BHJ結構太陽能電池中整體效率為7.2%。