图1 全固态染料敏化电池的光电转换原理图

    与硅太阳能电池相比，染料敏化纳米二氧化钛太阳能电池除了成本大大降低这一最大的优点外，还具有以下几方面优势：

    1.可以制成透明的产品，从而可应用在窗子、屋顶、汽车顶以及显示器上；
    2.由于所使用的染料敏化剂具有很高的消光系数，因此可以在各种光照条件下使用，对光阴影不敏感；
    3.光的利用效率高，对光线的入射角度不敏感，可充分利用折射光和反射光；
    4.可以在柔性基底上制备，扩大了应用范围；
    5.可在很宽温度范围内正常工作，允许工作温度可高达70摄氏度，而硅电池的工作性能则随温度升高而下降。

    本研究室自1998年开始该方面的研究工作， 目前的研究内容包括：

    1)敏化染料的合成及其性质研究；
    2)TiO2纳米薄膜的制备；
    3)P型有机半导体材料的分子设计及制备；
    4)太阳能电池性能指标测试系统的建立；
    5)电池组(panel)的制备技术研究。

2.有机/聚合物太阳能电池

    1995年，美国加州大学A.J.Heeger小组采用MEH-PPV与C60的共混物制备的单层光伏器件，其光电转换效率达2.9%。

    1998年，英国剑桥大学的R.H.Friend小组采用在MEH-PPV等电子聚合物中掺杂C60衍生物的方法，制备的单层光伏器件，拓宽了光电材料光谱响应范围的采光效率，已研制出入射光能量32.5eV时, 光电转换效率>7%的光伏器件。

    与无机太阳电池相比，有机/聚合物太阳电池低成本、重量轻、体积小、可加工成任意形状、柔韧性好、适宜加工成大面积平板器件。有机/聚合物太阳电池在军事领域、航空航天、工业以及民用上的潜在应用前景。

    本研究室自2001年开始该项目的研究，目前正在开展的研究内容包括：

    1）对所选用的有机、聚合物材料的光电特性进行深入研究。
    2）有机/聚合物太阳电池薄膜制备工艺的优化。
    3）优选电子聚合物的掺杂材料工艺，增加分子有序性以增强载流子迁移率。
    4）采用合理的器件结构来拓宽器件的光谱响应范围，提高太阳电池的光电转换效率。
    5）太阳电池阵列的制备及太阳电池封装技术的研究。

二、研究室最新研究进展

1.染料敏化太阳能电池最新进展：

    利用聚合物电解质为空穴传输层，在30mW/cm²的光强下，我们获得了开路电压为0.625V，短路电流为4.6mA/cm²，注入因子为58.5%, 以及效率为5.60%的准固态染料敏化太阳能电池。

图2 准固态染料敏化太阳能电池I-V特性曲线

2.有机/聚合物太阳能电池最新进展：

    在光强为60mW/cm²的白光照射下，我们制备的 ITO/MEH-PPV:new dye/Ca/Ag blend 结构器件获得了开路电压Voc=0.62V，短路电流Isc=1mA/cm²，填充因子ff=62%，光电转换效率h=0.1%。

图3 有机/聚合物太阳能电池I-V特性曲线

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有机电子学
有机电子材料及其在信息领域的应用是近年来一个崭新的研究方向，它体现了化学与材料、电子等学科的结合，并逐渐形成一个新兴的行业――有机电子产业。与此同时，一门新兴的学科－"有机电子学"也孕育而生。

   有机电子学中涉及有机导体和超导体、有机半导体、有机绝缘体等方面的研究，目前有机电子学的研究主要集中在有机半导体等领域，相关的材料和器件的应用研究得到了日新月异的发展。

   美国Bell实验室是世界最大最著名的研发机构，目前投入很大精力从事有机电子学的相关研究工作。其研制了有机半导体晶体管、有机激光、有机半导体传感器等等，在有机半导体晶体管方面，用并五苯作为半导体材料得到载流子迁移率为1.5cm²/Vs的有机薄膜场效应晶体管，其特性可以同无机非晶硅相媲美；其研制的有机半导体PH值、气体传感器有很大的突破；目前他们正在研究单个分子有机晶体管，如果有突破，其将是整个光电子领域在纳米器件上取得的突破性进展。

   英国Cavendish实验室和英国剑桥大学研究小组在有机半导体电致发光领域进行了机理、材料、器件的综合研究，英国剑桥大学首次报道的聚对苯乙烯撑的电致发光现象，引起了研究人员对共扼聚合物发光材料的浓厚兴趣。1992年聚合物EL薄膜在美国被评为该年度化学领域的十大成果之一。

   2000年的诺贝尔化学奖授予了黑格尔、麦克德尔米德、白川英树等人，奖励他们在有机电子学、有机/聚合物研究方面取得的重大突破。

   有机半导体材料和器件的研究是有机电子学研究的一个重要分支。有机半导体的研究主要包括有机薄膜晶体管、有机电致发光显示器、有机太阳能电池、有机激光器、有机传感器和有机存储器等。

   有机薄膜晶体管是重要的有机半导体器件之一，其研究工作进展迅速并引起了人们的广泛关注。目前利用有机晶体管已经应用于环形振荡器的逻辑门、有机显示器的有源驱动电路、有机传感器、存储器、电子书或电子纸领域等等。据预测10年以后有机电路和集成的应用范围将超过无机集成电路。有机半导体学快速的发展，将极大丰富固体半导体学的理论，在我国开展有机晶体管的研究不仅在发展新学科方面具有重要意义，而且对促进和发展我国半导体产业具有深远的意义。

   有机电致发光器件发展更是十分迅速，从1987年到现在，全世界已有65个跨国公司活跃于有机电致发光显示器件的研究和制造中。这些公司包括了柯达、三洋、惠普、菲力普、CDT、Uniax、Epson、日立、IBM、西门子、夏普、索尼、摩托罗拉、TDK、先锋、丰田等著名公司。从开始的实验室研究已经发展到开发高分辨率、高稳定性、大尺寸和全彩色实用显示产品的阶段。柔性有机电致发光显示屏是有机光电子器件优势体现最明显的例子之一，目前已经有报道称其寿命达到2000小时。

   有机太阳能电池是有机半导体材料和器件研究的重要分支，目前有机聚合物太阳能电池光电转换效率已达到6％，短路电流已经是毫安量级，开路电压在0.7~0.8伏范围内；有机无机复合固态染料敏化TiO2电池光电转换效率达到7.6％，短路电流已经是毫安量级，开路电压在0.7伏左右。