HCPL-2630

   碳納米管及石墨烯

   碳納米管cNTs)具有獨(dú)特的電學(xué)和力學(xué)性能,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,能級(jí)結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電聚合物的能級(jí)可以較好地匹配,使得高度離域的CNTs共軛電子體系 與相對(duì)定域的有機(jī)冗共軛體系,有相互作用的可能性。CNTs中的多壁碳納米管(MWN飛)具有金屬性,功函數(shù)在4,5-S,1eV[11劍,與聚合物的HOMo相匹配,有利于空穴的引出;而單壁碳納米管rsWNTs)中部分具有金屬特性,部分具有半導(dǎo)體特性no9l。具有半導(dǎo)體特性的sWNTs,功函數(shù),與聚合物的LUMo相匹配,有利于電子的引出,是有效的電子受體。

    在有機(jī)太陽能電池中將CNTs作為添加劑引人,可提高器件性能。一方面由于有機(jī)物與CNTs界面形成的內(nèi)建電場(chǎng)有利于激子的解離,另一方面CNTs高遷移率的特性,可提高傳輸特性,抑制載流子復(fù)合。另外,CNTs的加人,在不干擾聚合物結(jié)構(gòu)的同時(shí),可增加聚合物薄膜的平整性,提高載流子遷移率,有利于電荷的引出例如,在P3HT/PCBM混合物中加人適量CNTs,由于薄膜平整度的增加,器件效率提高至2.0%;將雙壁CNTs與P3HT混合,再與一起制備的有機(jī)/無機(jī)雜化器件,功率轉(zhuǎn)換效率。

    雖然CNTs有許多太陽能電池材料需要的優(yōu)良特性,可以作為活性層中的添加劑使器件性能提高,但CNTs單獨(dú)作為受體材料的器件,性能并不理想,功率轉(zhuǎn)換效率不超過0.5%。這里有許多限制因素,例如,CNTs的純度不夠、溶解性不好、分散尺度不均一,以及金屬特性與半導(dǎo)體特性的CNTs相互混雜等。

    近年來,平面型共軛碳原子單分子層形成的石墨烯成為有機(jī)電子材料研究的熱點(diǎn)。石墨烯有一系列奇特電學(xué)性質(zhì),具體請(qǐng)參見2,5,10節(jié)。研究發(fā)現(xiàn),石墨烯作為受體與給體P3HT共混形成的體異質(zhì)結(jié)器件,其功率轉(zhuǎn)換效率可達(dá)。