HCPL-2630

   碳納米管及石墨烯

   碳納米管cNTs)具有獨特的電學和力學性能,化學性質穩定,能級結構與導電聚合物的能級可以較好地匹配,使得高度離域的CNTs共軛電子體系 與相對定域的有機冗共軛體系,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,部分具有半導體特性no9l。具有半導體特性的sWNTs,功函數,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。一方面由于有機物與CNTs界面形成的內建電場有利于激子的解離,另一方面CNTs高遷移率的特性,可提高傳輸特性,抑制載流子復合。另外,CNTs的加人,在不干擾聚合物結構的同時,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/無機雜化器件,功率轉換效率。

    雖然CNTs有許多太陽能電池材料需要的優良特性,可以作為活性層中的添加劑使器件性能提高,但CNTs單獨作為受體材料的器件,性能并不理想,功率轉換效率不超過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電子材料研究的熱點。石墨烯有一系列奇特電學性質,具體請參見2,5,10節。研究發現,石墨烯作為受體與給體P3HT共混形成的體異質結器件,其功率轉換效率可達。