光電功能材料摘要：物質(zhì)、能量和信息是構(gòu)成世界的三大要素。信息功能材料和器件作為21世紀(jì)信息社會(huì)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，涉及到信息獲取、發(fā)射、傳輸、接收、處理、存儲(chǔ)和顯示等各個(gè)方面，下面就光電功能材料硅的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)做簡(jiǎn)單敘述。關(guān)鍵詞:光電；硅；太陽(yáng)能；1引言隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)新能源有了更高的要求。太陽(yáng)能電池是一種對(duì)光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件，其材料有單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等，由其是對(duì)硅的研究已經(jīng)引起學(xué)界與產(chǎn)業(yè)界極大的關(guān)注與參與。本文就硅對(duì)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用及其它太陽(yáng)能電池進(jìn)行做簡(jiǎn)要研究。2.硅的分類2.1硅的發(fā)展及運(yùn)用太陽(yáng)能電池用硅材料是理想的太陽(yáng)能光電材料，其理想光電轉(zhuǎn)換效率超過30%。因此，硅材料不僅在電子工廣泛應(yīng)用，而且在太陽(yáng)電池領(lǐng)域也大量應(yīng)用。太陽(yáng)能光電工業(yè)是建立在硅材料的基礎(chǔ)，最早的硅太陽(yáng)能電池是1954由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的卡平等研制的，其太陽(yáng)能光電效率為6%，但早期硅太陽(yáng)電池的成本很高，僅被用于太空衛(wèi)星和航天器。1958年美國(guó)發(fā)射的Vanguard號(hào)衛(wèi)星上首次使用硅太陽(yáng)電池，在20世紀(jì)50?80年代，幾乎所有的人造衛(wèi)星等空間飛行器上，都是利用硅太陽(yáng)電池作為主要的電源。雖然后來(lái)GaAs材料也應(yīng)用在空間太陽(yáng)電池在，但是硅太陽(yáng)能空間電池依然占據(jù)了半壁江山。到了20世紀(jì)的90年代，由于硅太陽(yáng)電池成本的持續(xù)降低，通過建立太陽(yáng)能電站以及和住宅屋頂結(jié)合等形式，硅太陽(yáng)電池實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)發(fā)電。從20世紀(jì)70年代以來(lái)，硅太陽(yáng)電池的全球平均年增長(zhǎng)率達(dá)到30%，其中1997以硅太陽(yáng)電池為主的電池組件全球銷售達(dá)到122MW，2001的銷售突破400MW，2000年和2001的年銷售均超過40%，而太陽(yáng)電池的生產(chǎn)成本則以每年7.5%的平均速度下降，預(yù)計(jì)今后10年太陽(yáng)能光電工業(yè)還將以20%?30%的速度增加，成為世界上最具有發(fā)展前景的朝陽(yáng)工業(yè)之一。2.2太陽(yáng)能硅的分類太陽(yáng)能電池用硅材料主要包括直拉硅單晶、鑄造多晶硅、非晶硅、帶（片）狀硅和薄膜多晶硅等。硅單晶的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到24.7%；在實(shí)際生產(chǎn)線中，高效太陽(yáng)能電池的效率也超過20%；對(duì)于常規(guī)的地面用商業(yè)直拉硅單晶太陽(yáng)電池，其轉(zhuǎn)換效率一般可達(dá)到13%?16%。多晶硅，由于其相對(duì)的低成本高效率成為最主要的太陽(yáng)電池硅材料。和直拉硅單晶相比，鑄造多晶硅中的晶界、位錯(cuò)等缺陷、金屬等雜質(zhì)嚴(yán)重影響了太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換效率，實(shí)驗(yàn)室里可達(dá)到20.3%，目前商業(yè)生產(chǎn)的效率為14%?16%。非晶硅是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的，通常是在玻璃上沉積一層很薄的非晶硅，具有制備工藝簡(jiǎn)單、制備溫度低、成本低和可大面積連續(xù)生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。但非晶硅的原子結(jié)構(gòu)是短程有序和長(zhǎng)程無(wú)序，存在大量的結(jié)構(gòu)缺陷，主要是具有電學(xué)活性的硅懸掛鍵，嚴(yán)重影響了材料的性能和穩(wěn)定性，特別是利用非晶硅制備的太陽(yáng)能電池具有光致衰減缺陷，導(dǎo)致效率很低，實(shí)驗(yàn)室的效率也僅為13%，在實(shí)際生產(chǎn)中，效率也不超過10%。多種帶（片）狀的硅材料和電池已經(jīng)被發(fā)展，這些帶狀硅晶體的厚度在200?350um之間，僅僅需要將它們從大塊的帶狀切割成合適的大小，就可直接制備太陽(yáng)電池，而省去從硅晶錠切成硅片的過程，所以大大節(jié)約了成本。但由于帶狀硅體的晶體缺陷和雜質(zhì)過多，所以帶狀硅晶體的太陽(yáng)電池效率依然不夠理想。半導(dǎo)體硅材料是間接帶隙材料，其發(fā)光效率極其低下，約為10-5左右，不能做激光器和發(fā)光管；因此一般認(rèn)為硅材料不是光電子材料，不能應(yīng)用在光電子領(lǐng)域。但是硅材料物美價(jià)廉，資源豐富，硅工藝成熟完美，若實(shí)現(xiàn)硅的發(fā)光，就可將微電子和光電子結(jié)合，實(shí)現(xiàn)硅基光電集成，從而從根本上推動(dòng)光電子的發(fā)展和應(yīng)用。2.3硅的制備2.3.1硅單晶制備硅單晶的制備：硅單晶是以純度極高的多晶硅為原料，通常由直接法和區(qū)熔法生長(zhǎng)而成。硅單晶的生長(zhǎng)，硅單晶中有80%以上是直拉法，德國(guó)的simens公司是區(qū)熔法生長(zhǎng)單晶的先驅(qū)者之一。首先是用針眼狀的感應(yīng)線圈加熱多晶硅棒的一端，形成一個(gè)尖端狀的熔區(qū)，然后與特定晶向的籽晶接觸，這過程稱為引晶。接著將籽晶和多晶棒一起往下移動(dòng)，熔區(qū)主舉經(jīng)過多晶棒，這時(shí)單晶硅就會(huì)在籽晶處延伸。通常，在引晶時(shí)，由于熱沖擊，會(huì)在新形成的單晶中產(chǎn)生位錯(cuò)。顯然，如果位錯(cuò)不加排除，就會(huì)在繼續(xù)生長(zhǎng)的單晶中產(chǎn)生更多的位錯(cuò)，最后無(wú)法形成無(wú)位錯(cuò)的單晶。為消除位錯(cuò)，可用縮頸工藝，即在形成一段籽晶后，縮小晶體的直徑至2?3mm，繼續(xù)生長(zhǎng)20mm左右，可把位錯(cuò)完全排除到籽晶的外表面。接著再生長(zhǎng)一段無(wú)位錯(cuò)的細(xì)晶后，放肩至目標(biāo)尺寸進(jìn)入等徑生長(zhǎng)。直拉法生長(zhǎng)單晶硅可分為6個(gè)主要步驟：①加料：將多晶硅原料及摻雜物放置在石英坩蝸內(nèi)，p型一般為硼，n型一般為磷；②熔化：將裝有多晶硅的石英坩蝸放入熱場(chǎng)，將單晶爐腔體抽真空至一定的壓力范圍，然后加熱到硅熔化溫度以上，將多晶硅原料融化；③引晶：當(dāng)硅熔體的溫度穩(wěn)定之后，將具有＜100＞或＜111＞等晶向的籽晶慢慢浸入熔硅中，由于籽晶與熔硅接觸時(shí)的熱應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致籽晶產(chǎn)生位錯(cuò)，這些位錯(cuò)可利用縮頸，然后放肩進(jìn)行硅晶體生長(zhǎng)，得到無(wú)位錯(cuò)的單晶；④放肩：縮頸完成后，需降低拉速與熔體溫度，使得晶體的直徑漸漸增大到所需尺寸。大多采用平放肩工藝，達(dá)到提高多晶硅的利用率；⑤晶體生長(zhǎng)：當(dāng)放肩直徑接近預(yù)定目標(biāo)時(shí)，提高拉速晶體逐漸進(jìn)入等徑生長(zhǎng)階段，在等徑生長(zhǎng)階段，要調(diào)整拉速和溫度以使晶體的直徑在限定的范圍內(nèi)；⑥收尾：在生長(zhǎng)完晶體的主體部分以后，如果立刻將晶體與熔硅液面分開，那么熱應(yīng)力將使晶體產(chǎn)生位錯(cuò)，并且位錯(cuò)會(huì)向上攀移一段距離。于是為避免產(chǎn)生位錯(cuò)，必須將晶體的直徑慢慢變小，直到成為一尖點(diǎn)而與液面分開。FZ硅單晶的摻雜：通常為利用載氣，將摻雜氣體吹入熔區(qū)而實(shí)現(xiàn)摻雜。N型參雜利用PH3,而P型摻雜利用B2H6,優(yōu)點(diǎn)為不需要準(zhǔn)備電阻率各異的多晶棒，而不足之處則是n型摻雜的不均勻性，易形成雜質(zhì)條紋，導(dǎo)致電阻率的徑向不均勻性。區(qū)熔法生長(zhǎng)單晶不但成本高，且直徑尺寸也有限制，目前區(qū)熔硅在材料市場(chǎng)上只占非常小的比例，絕大部分硅晶體是用直拉法生長(zhǎng)的。生產(chǎn)設(shè)備可分四個(gè)主體部分，爐體、晶體或坩蝸升降和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、氣體壓力控制和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

2.3.2多晶硅制備高純多晶硅的制造方法：Simens法、AsiMi法和Ethyl法。前兩個(gè)方法分別是以SiHCl3和SiH4為硅源制造多晶棒，而第三個(gè)方法則是用SiH4%硅源制造顆粒狀的多晶硅。目前國(guó)際上多晶硅生產(chǎn)工藝主要有改良西門子法和硅烷法，其中70%以上采用改良西門子法。改良西門子法能兼容電子級(jí)和太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的生產(chǎn)，具有技術(shù)成熟、適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等特點(diǎn)，是目前多晶硅生產(chǎn)普遍采用的首選工藝技術(shù)。西門子法通過氣相沉積法生產(chǎn)棒狀多晶硅。Simens方法（SiHCl3）制造多晶硅:1954年的Simens方法淘汰了當(dāng)時(shí)使用的SiCl4鋅還原法，第一步為在250?350°C下讓冶金硅粉末和HCl在流化床上反應(yīng)：Si+3HCl-SiHCl3+H2、Si+4HCl一SiHCl4+H2；第二步是對(duì)SiHCl4進(jìn)行分鎦，純化SiHCl4還需要使用選擇性吸附技術(shù)；第三步是硅的沉積，在1100C左右，在硅橋表面發(fā)生：SiHCl3+2H2—Si+3HCl；SiHCl3+4HCl-SiCl4+H2每次生產(chǎn)結(jié)束后，要用氮?dú)鈱⒎磻?yīng)爐沖干凈，將多晶棒敲成塊狀多晶硅，通過酸洗、干燥、包裝等程序，即可作為生3Z硅單晶的原料。圖一還原爐的結(jié)構(gòu)圖1爐體夾套冷卻出水管2視鏡3夾套4混合原料氣體進(jìn)氣管5還原尾氣出口管6硅芯7石墨夾頭8還原氣體出口導(dǎo)管9底盤冷卻進(jìn)水管10底盤冷卻出水管11電極冷卻出水管12電極冷卻進(jìn)水管13混合原料氣體進(jìn)氣噴口14底盤15爐體夾套冷卻進(jìn)水管16電極2.3.3硅外延生長(zhǎng)外延沉積設(shè)備：包括氣體輸送系統(tǒng)、高純石英爐管或鐘罩、基座、襯底加熱系統(tǒng)、電控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)。圖二工業(yè)中常用的三種反應(yīng)器工業(yè)中最常用的三種硅外延反應(yīng)系統(tǒng)：1）水平式反應(yīng)器；2）垂直式反應(yīng)器;3）桶式反應(yīng)器。水平式反應(yīng)器具有產(chǎn)能大的優(yōu)點(diǎn)，但是在整個(gè)基座上較難得到厚度均勻的外延層，可將基座傾斜一定角度（1.5。?3°）,可以顯著改善這個(gè)問題。垂直式反應(yīng)器能得到均勻的外延層，但是它的機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、產(chǎn)能低以及容易受到顆粒小沾污。桶式反應(yīng)器實(shí)際上是對(duì)水平反應(yīng)腔在形狀上的一種擴(kuò)展，當(dāng)使用傾斜的基座時(shí)，系統(tǒng)具有大的生長(zhǎng)能力和生長(zhǎng)均勻等優(yōu)點(diǎn)，其不足之處是不適合大尺寸硅片的外延，且機(jī)械設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，使可靠性降低。襯底加熱主要有感應(yīng)加熱和輻射加熱兩種加熱方式。硅的外延生長(zhǎng)：為克服硅片襯底中雜質(zhì)濃度高和CMOS器件的閂鎖效應(yīng)的問題而提出外延生長(zhǎng)。但由于外延的溫度通常都在1100°C以上，因此經(jīng)常會(huì)遇到自摻雜和圖形漂移等問題，另外由于外延實(shí)質(zhì)是一種原子有序排列的過程，所以在生長(zhǎng)前或生長(zhǎng)過程中，如果襯底上存在應(yīng)力、雜質(zhì)或顆粒，就會(huì)導(dǎo)致缺陷產(chǎn)生。外延生長(zhǎng)實(shí)際上為一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過程，其生長(zhǎng)的主要?dú)庠词菤錃夂吐裙柰轭?，如四氯化硅SiCl4、三氯甲硅烷SiHCl3和二氯甲硅烷SiH2Cl2。其生長(zhǎng)過程較復(fù)雜，且隨著反應(yīng)物的摩爾比、氣流速度以及反應(yīng)爐的各類變化而變化，其主反應(yīng)方程式為：SiCl4+2H2—Si+4HCl,其外延工藝過程如下圖所示圖一外延工藝過程1）為N2充氣清洗：置換處延爐腔中的空氣；2）H2充氣清洗：置換處延爐腔中的N2；3）加熱階段兩步升溫工藝，在升溫至800°C前后穩(wěn)定，使硅片溫度均勻化，以避免滑移線和表面腐蝕坑的出現(xiàn)，同時(shí)把吸附在硅片表面和爐腔內(nèi)壁的水分完全脫附，然后再提高溫度；4）引入HCl；5）氣相腐蝕在1150C?1200C對(duì)硅片進(jìn)行腐蝕，分為兩階段，第一為氫氣燒烤，去除硅片表面的氧化膜，SiO2+H2一SiO+H2O,在氫氣烘烤時(shí)，HCl氣相腐蝕開始，可去除附著在硅片表面的沾污以及表面微缺陷，Si+2HCl-SiCl2+H2；6）抽掉HCl氣相腐蝕過程的產(chǎn)物氣體以及以外延爐體中揮發(fā)出來(lái)的不純物；7）通入硅源氣體和摻雜氣體；8）沉積過程；9）充分地抽掉殘留的反應(yīng)氣體和產(chǎn)物氣體；10）冷卻過程此過程要避免急劇冷卻，否則會(huì)由于大的溫度梯度而在外延片中產(chǎn)生滑移位錯(cuò)；11）H2充氣清洗將硅片和基座的溫度下降到室溫附近；12）N2充氣清洗將氫氣的濃度下降到燃燒下限4.1%以下。摻雜：外延層的導(dǎo)電類型和電阻率取決于摻雜，摻雜劑將同時(shí)或間歇地進(jìn)入外延層中，在硅外延時(shí)，硼烷（B2H6）通常做p型摻雜，而磷烷（PH3）或砷烷（AsH3）用做n型摻雜劑。影響摻雜劑摻雜的主要因素有生長(zhǎng)溫度、生長(zhǎng)速度、氣相中的摻雜劑嘗試以及外延爐的幾何形狀。低溫硅處延:為嚴(yán)格控制界面層的質(zhì)量、摻雜劑的空間分布和外延層的厚度，需要在工藝上改進(jìn)以減少熱擴(kuò)散和質(zhì)量輸運(yùn)過程的影響，因此外延過程應(yīng)該在低溫下進(jìn)行。LET是指生長(zhǎng)溫度在550°C或者更低溫度下的一種硅外延。實(shí)現(xiàn)低溫外延的關(guān)鍵之一是控制生長(zhǎng)爐中的氧分壓和水蒸氣分壓，為在低于700C下外延硅，水蒸氣分壓必須低于10*X133.322Pa，以保持一個(gè)裸露的單晶硅表面。目前兩種最有發(fā)展前途的低溫處延技術(shù)：超高真空化學(xué)氣相沉積（UHV/CVD）和分子束外延（MBE），所有這些方法都依賴于超潔凈的生長(zhǎng)環(huán)境和硅片的表面清洗技術(shù)。由于化學(xué)氣相沉積簡(jiǎn)單，且可用于大規(guī)模生產(chǎn)，人們發(fā)展了許多氣相沉積方法，如超高真空化學(xué)氣相沉積、超潔凈低溫化學(xué)氣相沉積、快速熱處理化學(xué)氣相沉積、限制反應(yīng)化學(xué)氣相沉積、常壓化學(xué)氣相沉積、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、光化學(xué)氣相沉積以及激光輔助化學(xué)氣相沉積。3太陽(yáng)能電池種類2導(dǎo)電高分子材料物體可分為絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體和超導(dǎo)體四種形態(tài)，前三者的導(dǎo)電系數(shù)范圍為10-i0Q-i?cmT、10-10?102Q-i?cm-i，102Q-i?cm-i。而導(dǎo)電高分子實(shí)現(xiàn)了從絕緣體到半導(dǎo)體再到導(dǎo)體的變化，而這些神奇的特性使導(dǎo)電聚合物具有許多優(yōu)異的應(yīng)用性能。按導(dǎo)電本質(zhì)的不同，導(dǎo)電高分子材料分為復(fù)合型和結(jié)構(gòu)型兩種。前者是利用高分子材料中加入各種導(dǎo)電填料來(lái)實(shí)現(xiàn)其導(dǎo)電能力，而后者是從改變高分子結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)其導(dǎo)電能力。2.1復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料是指經(jīng)物理改性后具有導(dǎo)電性的材料。一般是指將導(dǎo)電性填料經(jīng)改料后摻混于樹脂中制成的。根據(jù)導(dǎo)電填料的不同，又可分為炭黑填充型及金屬填充型。如表一不同體系的導(dǎo)電填料體系類別品種主要特點(diǎn)碳系碳纖維聚丙烯腈基PAN瀝青系導(dǎo)電性好、成本高、加工困難、比PAN導(dǎo)電性差、成本低石墨天然石墨、人造石墨導(dǎo)電性隨產(chǎn)地而異，難粉碎，導(dǎo)電性隨生產(chǎn)方法而異金屬系金屬粉銅、銀、鎳、鐵、鋁等易氧化變質(zhì)，銀的價(jià)格昂貴金屬薄片鋁箔色彩鮮艷、導(dǎo)電性好金屬纖維鋁、鎳、銅、不銹鋼纖維復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的分類有很多種，根據(jù)電阻值的不同可分為：半導(dǎo)體，除靜電體、導(dǎo)電體、高導(dǎo)電體；同導(dǎo)電填料的不同可分為：抗靜電體系、碳系、金屬系；由樹脂形態(tài)可分為：導(dǎo)電塑料、導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電膠黏劑、導(dǎo)電薄膜等；還可由功能不同為：防靜電材料、除靜電材料、電極材料、發(fā)熱體材料、電磁波屏蔽材料。2.2碳類填料填充型導(dǎo)電材料碳類導(dǎo)電填料主要包括炭黑和石墨。按形狀主要有粉體和纖維兩大類。碳類填料填充型導(dǎo)電材料是目前復(fù)合型導(dǎo)電材料中應(yīng)用最廣泛的一種。由于1：價(jià)格低廉、實(shí)用性強(qiáng)；2:可根據(jù)不同的導(dǎo)電。3有機(jī)太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池由材料可分為硅基太陽(yáng)能電池、化合物薄膜太陽(yáng)能電池、有機(jī)太陽(yáng)能電池以及染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSC）⑸。其中硅太陽(yáng)能電池包括單晶硅太陽(yáng)能電池、多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池以及非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池?；衔锉∧ぬ?yáng)能電池包括砷化鎵III-V化合物太陽(yáng)能電池、硒化鋪路太陽(yáng)能電池和銅銦硒太陽(yáng)能電池等等。有機(jī)太陽(yáng)能電池又分為有機(jī)小分子太陽(yáng)能電池和聚合物太陽(yáng)能電池⑹。從利用技術(shù)的成熟度來(lái)區(qū)分，太陽(yáng)能電池可以分為⑺：第一代太陽(yáng)能電池：晶體硅太陽(yáng)能電池。第二代太陽(yáng)能電池：各種薄膜太陽(yáng)能電池，包括：非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池（a-Si）、碲化鎘太陽(yáng)能電池（CdTe）、銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池（CIGS）、砷化鎵（GaAs）太陽(yáng)能電池、有機(jī)太陽(yáng)能電池和染料敏化太陽(yáng)能電池。第三代太陽(yáng)能電池：又稱為高效太陽(yáng)能電池，目前正研究的包括各種疊層太陽(yáng)能電池、熱光伏電池（TPV）、量子阱以及量子點(diǎn)的超晶格太陽(yáng)能電池、中間帶太陽(yáng)能電池、上轉(zhuǎn)換太陽(yáng)能電池、下轉(zhuǎn)換太陽(yáng)能電池、熱載流子太陽(yáng)電池、碰撞離化太陽(yáng)能電池等新概念太陽(yáng)能電池。⑻3.1有機(jī)太陽(yáng)能電池原理有機(jī)太陽(yáng)能電池器件的物理過程：太陽(yáng)能電池器件的基本過程是吸收太陽(yáng)的輻射能將其轉(zhuǎn)換為電能輸出。無(wú)機(jī)半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池中光照射到半導(dǎo)體，產(chǎn)生電子和空穴，然后電荷被PN結(jié)內(nèi)鍵電場(chǎng)的作用下分離，從面產(chǎn)生光電流9。在有機(jī)太陽(yáng)能電池中，由于有機(jī)材料中電荷的局域性，光入射后將會(huì)產(chǎn)生束縛在一起的電子-空穴對(duì)，也就是產(chǎn)生激子，因此相較于無(wú)機(jī)半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池，有機(jī)太陽(yáng)能電池需要一個(gè)使激子解離的過程。包括有吸收太陽(yáng)光、產(chǎn)生激子、激子的擴(kuò)散和解離、電荷的分離與傳輸、電荷的收集［10］。3.2有機(jī)太陽(yáng)能電池分類有機(jī)太陽(yáng)能電池常用材料：按材料的分子量大小來(lái)簡(jiǎn)單分類：一類是有機(jī)小分子材料，分子量較小；另一類是分子量較大的有機(jī)聚合物材料。高分子太陽(yáng)能電池是指它的整個(gè)材料鏈?zhǔn)强炕瘜W(xué)鍵結(jié)合，分子量很大，且在高分子的鏈條上接了很多功能團(tuán)，可以有傳導(dǎo)的功能、吸光的功能等等，目前國(guó)外曾提出它的光電轉(zhuǎn)化指標(biāo)是9%。雖然光電轉(zhuǎn)化率低，但制作比較容易，可采用一層一層滾動(dòng)或哉涂的方法來(lái)做，或像印刷術(shù)那樣來(lái)制備也可以。［4］小分子材料大部分是含共軛體系的染料分子，它們能夠很好地吸收可見光從而表現(xiàn)出較好的光轉(zhuǎn)換特性，具有化合物結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性、材質(zhì)較輕、生產(chǎn)成本低、加工性能好、便于制備大面積太陽(yáng)能電池等優(yōu)點(diǎn)⑶。主要有酞菁、卟啉、并五苯、富勒、菁染料、方酸類化合物和羅丹明等。其中富勒烯（Fullerene）又稱為C6°屬于n型半導(dǎo)體材料，富勒烯是一系列純碳組成的原子簇的總稱。它們是由非平面的五元環(huán)、六元環(huán)等構(gòu)成的封閉式空心球形或橢球形結(jié)構(gòu)的共軛烯⑶。由于具有良好的傳導(dǎo)電子的特性，使C60成為目前有機(jī)小分子太陽(yáng)能電池中使用最廣的受體材料。聚合物材料：這種聚合物是屬于導(dǎo)電高分子，其分子結(jié)構(gòu)特征是含有大的n電子共軛體系，而聚合物材料的分子量影響著共軛體系的程度。材料的凝聚狀態(tài)（非晶和結(jié)晶）、結(jié)晶度、晶面取向和結(jié)晶形態(tài)都會(huì)器件光電流的大小有影響［10,13］。主要的聚合物材料有對(duì)聚對(duì)苯乙烯（PPV）、聚苯胺（PANI）和聚噻吩（PTh）以及它們的衍生物等。電極材料：為提高太陽(yáng)能電池器件中電子和空穴的輸出效率，可選用功函數(shù)盡可能低的材料作為陰極和功函數(shù)盡可能高的材料作為陽(yáng)極。常用的陰極材料主要有［12］：1） 單層陰極材料：一般是功函數(shù)較低的金屬如Ag、Mg、Al、Li、Ca、In等；2） 合金陰極：將不同金屬材料進(jìn)行同時(shí)蒸鍍從而制備出摻雜型的合金陰極;層狀陰極：將不同的電極材料進(jìn)行連續(xù)蒸鍍，從而形成層狀陰極。如LiF/Al層狀陰極，其電子傳輸性能相比純單層陰極材料有很大的提高，使器件獲得更高的光電轉(zhuǎn)換效率。太陽(yáng)能電池用的陽(yáng)極材料一般采用高功函數(shù)的半透明金屬（如Au）、透明導(dǎo)電聚合物和ITO或者FTO導(dǎo)電玻璃。最普通采用的陽(yáng)極材料是ITO，氧化銦錫（ITO）出In2O3（90%）和SnO2（10%）的混合物構(gòu)成，其帶隙較寬，使得ITO在太陽(yáng)能光譜范圍內(nèi)透過率達(dá)80%以上，并且在近紫外區(qū)也有很高的透過率。3.3有機(jī)太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)及研究進(jìn)展法國(guó)科學(xué)家愛德蒙德?貝克勒爾在1839年發(fā)現(xiàn)了光生伏特現(xiàn)象［用。1954年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室制造出了世界上第一個(gè)單晶硅太陽(yáng)能電池，其光電轉(zhuǎn)化率為6%［14］。第一個(gè)有機(jī)太陽(yáng)能電池器件是由Kearns和Calvin在1958年制備獲得，其主要材料為酞菁鎂（MgPc）染料，器件結(jié)構(gòu)為染料層夾在兩個(gè)功函數(shù)不同的電極之間［15］，自此開始了有機(jī)太陽(yáng)能電池的研究之路。1） 肖特基型有機(jī)太陽(yáng)能電池［16］其器件的物理過程為：有機(jī)半導(dǎo)體內(nèi)的電子在太陽(yáng)光照射下被從HOMO能級(jí)游手激發(fā)到LUMO能級(jí)，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。電子被低功函數(shù)的電極提取，空穴則被來(lái)自高功函數(shù)電極的電子填充，從而形成光電流。雙層結(jié)構(gòu)有機(jī)太陽(yáng)能電池，1986年，C.W.Tang其提出了一種革新性的有機(jī)太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，器件包含有由四羧基的一種衍生物（PV）和酞菁銅（CuPc）組成的雙層膜，結(jié)構(gòu)為即ITO/CuPc/PV/Ag。所制備得到的太陽(yáng)能電池，光電轉(zhuǎn)化效率為1%m,帶來(lái)了有機(jī)太陽(yáng)能研究的一個(gè)巨大的飛躍。體異質(zhì)結(jié)型有機(jī)太陽(yáng)能電池，利用共軛聚合物C60體系的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移理論，1995年，YuG.等人通過將共軛聚合物MEH-PPV和富勒烯（C60）的衍生物PCBM按一定的比例摻雜制備了新型的有機(jī)太陽(yáng)能電池器件，摻雜層中聚合物材料MEH-PPV和PCBM形成一種互穿的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，此種電子給體和電子受體材料之間形成貫穿整個(gè)摻雜層的異質(zhì)結(jié)稱之為體異質(zhì)結(jié)［18］。疊層結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池：?jiǎn)蝹€(gè)太陽(yáng)能電池對(duì)于太陽(yáng)光的吸收總是有一定范圍的