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，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互穿網絡。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出了一系列獨特的功能，如良好的熱穩定性和氧化穩定性，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。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-受體戰略研究含氟低帶隙聚合物結構的光伏性能是創造新的 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 現 “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%。