眾所周知，三次科技革命之后，能源已經成為國家經濟發展的命脈。從某種意義上講，人類現代文明的發展離不開優質能源的發現與利用。人類迫切需要開發一種或多種新型高效的可再生能源來代替當前能源。因此，風能、水能、太陽能等可持續能源被科學家相繼開發出來。其中太陽能是由太陽內部氫原子發生氫核聚變釋放出巨大核能而產生的，因其利用成本低取之不盡用之不竭，且無污染，是一種名副其實的綠色能源，從而成為當前各國科學家在能源領域的研究熱點。1954 年，貝爾實驗室的科研人員發現將某種雜質摻入硅中可使其對太陽光的敏感度增加，因而具有實用價值的 P - N 結晶體硅太陽能電池就此誕生[1].此后，太陽能電池的發展進入快速發展時期，就發展時間而定，它可分為三代： 第一代為硅系列太陽能電池； 以單晶硅、多晶硅、非晶硅為代表。第二代為薄膜太陽能電池； 以 1990 年后發展研究的砷化鎵，銅銦硒，碲化鎘化合物為代表。迄今為止，無機太陽能電池的轉化效率已經到 25%左右[2],已經接近其理論上限30%[3],其在效率提升方面的空間已經很小。同時無機太陽能電池由于其原材料成本價格高、生產條件苛刻、穩定性欠缺等因素使其在大面積應用上受到很大限制，難以全面推廣。第三代太陽能電池在制作過程中以有機物為電池活性層，亦稱有機太陽能電池。隨著研究的不斷深入，有機太陽能電池材料必將逐步商業化，進入千家萬戶[4].

工藝簡單、成本較低、質量較輕、加工性能較好等無機太陽能電池不可比擬的優點使有機太陽能電池成為目前太陽能利用的熱點領域。過去十余年，有機太陽能電池活性有機材料的研究發展取得明顯進展。根據其活性材料的差異可分為聚合物光伏電池、有機染料敏化太陽能電池和有機小分子光伏電池。

吲哚是一種廣泛分布于自然界中的雜環化合物，存在于許多花草當中。純凈的吲哚有較強的異味，但是大比例稀釋后卻具有淡淡的清香[5].吲哚是一種芳香雜環類有機化合物，包含有一個六元苯環和一個五元含氮的吡咯環，又稱 2,3 - 苯并吡咯，其結構如圖 1 所示。因其氮上的孤對電子參與構成的是芳香體系而并非堿，它的化學性質不同于一般的胺，正是這一電子特性對其化學和光學性能都產生了非常重要的影響。

1 最新研究進展

1. 1 聚合物類

2013 年 Pachagounder Sakthivel 等合成了聚合物 PIIDTBT 和PIIBT,經過測試發現聚合物在溶液和成膜狀態下均具有良好的光譜效應，其溶液狀態下具有兩個明顯的吸收帶，分別為416 nm,584 nm 和 367 nm,506 nm.將聚合物按照 ITO / PEDOT: PSS /PIIDTBT（ PIIBT） : PC71BM / LiF / Al 結構做成聚合物太陽能電池器件后，測試器件光伏性質，當 PIIBT∶PC71BM 分別為 1 ∶1,1∶2,1 ∶ 3 時，其光電轉換效率分別為 0. 40% ,0. 57% 和0. 90% ,因此當 PIIBT∶PC71BM 為 1 ∶3 時，器件轉換效率最高，同時與 1∶1 相比其短路電流密度也從 2. 02 mA/cm2提升到 3. 90 mA/cm2,填充因子也從 26. 10%提升到 29. 76%.同樣將 PIIDTBT 與 PC71BM 分別以 1∶1,1∶2,1∶3 比例混制，測試發現與 PIIDTBT∶PC71BM 為 1 ∶1 相比，當 PIIDTBT ∶ PC71BM 為 3∶1 時，最高光電轉換效率為 3. 51% ,器件電流密度從5. 29 mA / cm2提升到8. 81 mA/cm2,填充因子從35. 40%提升到47. 64% .2014 年 Sung - Ho Jin 等[7]合成了聚合物 PDINI - OBTC8,經過測試發現聚合物在溶液和成膜狀態下均具有良好的光譜效應，其溶液狀態下具有兩個明顯的吸收帶，分別為 350 ~450 nm和 500 ~700 nm,峰值分別為 406 nm 和 551 nm.將聚合物按照ITO / PEDOT∶PSS / PDINI - OBTC8∶PC71BM / LiF / Al 結構做成聚合物太陽能電池器件后，測試器件光伏性質，當 PDINI -OBTC8∶PC71BM 分別為 1∶1,1∶2,1∶3 時，其光電轉換效率分別為0. 42% ,0. 65% 和 0. 58% .因此，當 PDINI - OBTC8 與 PC71BM以 1∶2 混制時，其光電轉換效率最高，同時測得其開路電壓、短路電流密度、填充因子分別為： 0. 56 V,3. 21 mA/cm2和35. 71% .當向 PDINI - OBTC8 和 PC71BM 加入 1% 體積的 DIO時，驚奇地測試發現器件的光電轉換效率突升到 1. 68%.同年，Sung - Ho Jin 的課題組還合成了 DINIBT - C8,將其與 PC71BM 按不同比例混合制成電池器件，測試發現其最佳光電轉換效率為 0. 11%.同時對活性層在不同溫度下進行退火處理發現，當 DINIBT - C8∶PC71BM 在 120 ℃ 下退火 30 min,其光電轉化效率最佳為 0. 16%.

1. 2 染料敏化劑類

2003 年，Horiuchi 等人首次合成此類光敏化劑 1,他們把吲哚衍生物吲哚啉與繞丹寧環通過縮合連接在一起，測得短路電流達到了 17. 76 mA·cm- 1,開路電壓為 0. 504 V,填充因子為 0. 57,單色光光電轉化效率超過 80%,電池總效率為6. 1%[9].隨后，他們在染料 1 的基礎上添加額外的繞丹寧環電子受體以增強受體基團的拉電子能力，從而得到新染料 2,其效率提升到 6. 5%.2008 年，Gr\ue562tzel 和他的同事們進一步改進染料 2 優化設計并合成了染料 3,在受體單元繞丹寧環上將正辛基替代乙基。長烷基鏈的引入，有效的阻止了二氧化鈦導帶電子與電解質的復合，從而提高了短路電流和開路電壓，光電轉換效率有效的提高到 9. 5%,這是迄今為止效率最高的有機光敏劑之一[10].2011 年，Zhu 等[11]將苯并噻二唑引入電子給體吲哚衍生物的周圍，從而合成了染料 4.新合成的染料用苯并噻二唑連接吲哚部分和噻吩橋鏈，氰基乙酸作為染料分子的電子受體部分，形成 D - A - π - A 的新型結構。在標準太陽光下測試其性能參數，使得該染料在原來基礎上太陽光譜響應明顯增強，且穩定性得到提升，電池總效率達到 8. 7%.2014年 Liu 等[2]合成了 5 和 6,他們將三苯胺引入給體單元，與吲哚共同組成 D - D - π - A 結構有機敏化劑。在標準條件下測試發現他們的效率分別為 5. 53%和 6. 74%.

2 展望與結論

有機太陽能電池相比于硅系列電池，具有工藝簡單，成本較低，質量較輕，加工性能較好等優點，是目前太陽能利用的前沿領域。過去十余年，有機太陽能電池活性有機材料的研究發展取得明顯進展。

吲哚類太陽能電池聚合物材料現階段研究較少，已經進行的研究表明此類聚合物材料研究具有較大的前景，我們應嘗試合成結構新穎，搭配合理的新穎聚合物材料。同時在對聚合物給體與 PCBM 等受體制成器件活性層的工藝上應該不斷進行新的嘗試，現有研究表明工藝的改良能明顯提升器件的光電轉換效率。吲哚類染料敏華劑相對于吲哚類聚合物來說相對較為成熟，已經取得了一些轉化效率高的染料分子。

但我們還應針對性的對有機材料結構進行優化，如探索不同的給受體單元，調整給受體單元比例，引入不同原子等方法，探討各種因素對材料性能的影響，拓寬材料的吸收光譜范圍。

盡管當前有機太陽能電池材料的研究不斷發展，但相比技術穩定成熟的無機太陽能電池，有機太陽能電池材料的商業化條件尚未形成。但隨著有機太陽能電池材料研究的不斷深入，結構新穎，性能優良的有機太陽能電池材料必將走進千家萬戶。