有機光伏電池OV發(fā)展報告ppt課件.ppt

有機光伏太陽能電池organicphotovoltaicsolarcell 1 目錄 太陽能電池研究概述OPV發(fā)展歷程OPV實現(xiàn)原理前景展望行業(yè)資訊 2 太陽能電池研究概述 太陽能電池研究概述 3 年人均用電量 度 國家發(fā)達指數(shù) 能源是國家發(fā)展的動力 隨著人口增長 人們生活水平提高 能源需求激增 發(fā)展清潔可再生新能源成為當(dāng)務(wù)之急 歐美發(fā)達工業(yè)型國家 發(fā)展中國家中國 非洲落后農(nóng)業(yè)型國家 太陽能電池研究概述 4 水利發(fā)電 風(fēng)能發(fā)電 太陽能發(fā)電 太陽能熱水器 核能發(fā)電 各種可再生能源對比 水利與風(fēng)能 受地形和氣候限制 太陽能熱水 熱能不如電能方便 核能 核廢料的處理 日本核危機引發(fā)核安全擔(dān)憂 太陽能發(fā)電是解決能源長期缺口唯一和必然的選擇 太陽能發(fā)電 太陽能廣泛存在 全球都有日照 太陽能豐富充足 1小時地表太陽能等于世界1年使用能量 太陽能持續(xù)穩(wěn)定 太陽至少持續(xù)發(fā)光十億年 5 中國年太陽總輻射量分布 6 地?zé)?其它 太陽熱 光伏 風(fēng)力 生物質(zhì) 水電 核能 天然氣 煤 石油 全球能源組成結(jié)構(gòu) 太陽能光伏發(fā)電未來將保持高速增長 一百年內(nèi)取代傳統(tǒng)化石燃料成為主要能源 太陽能發(fā)電是一個朝陽產(chǎn)業(yè) 關(guān)鍵 光伏發(fā)電成本 1 6 25 60 1 7 光伏太陽能電池年產(chǎn)量高速增長 其它 美國 臺灣地區(qū) 中國大陸 歐洲 日本 8 有機太陽能電池這個概念貌似很新 但其實它的歷史也不短 跟硅基太陽能電池的歷史差不多 第一個硅基太陽能電池是貝爾實驗室在1954年制造出來的 它的太陽光電轉(zhuǎn)化效率約為6 而第一個有機光電轉(zhuǎn)化器件是由Kearns和Calvin在1958年制備的 其主要材料為鎂酞菁 MgPc 染料 染料層夾在兩個功函數(shù)不同的電極之間 在那個器件上 他們觀測到了200mV的開路電壓 光電轉(zhuǎn)化效率低得讓人都不好意思提 OPV發(fā)展歷程 9 此后二十多年間 有機太陽能電池領(lǐng)域內(nèi)創(chuàng)新不多 所有報道的器件之結(jié)構(gòu)都類似于1958年版 只不過是在兩個功函數(shù)不同的電極之間換用各種有機半導(dǎo)體材料 1986年 行業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了一個里程碑式的突破 實現(xiàn)這個突破的是位華人 柯達公司的鄧青云博士 這個時代的有機太陽能電池所采用的有機材料 主要還是具有高可見光吸收效率的有機染料 1 OPV發(fā)展歷程 10 OPV發(fā)展歷程 美國加州伯克利分?？茖W(xué)家在2002年利用塑料納米技術(shù)研制出第一代塑料太陽能電池 可以安裝在一系列便攜式設(shè)備及可穿戴式電子設(shè)備上 提供0 7V的電壓 價格低 易成型 通過化學(xué)修飾調(diào)控性能 11 有機太陽電池光電轉(zhuǎn)換過程 1 入射光在有機聚合物中的吸收 2 產(chǎn)生激子 3 激子向給體 受體界面的擴散 4 激子在給體 受體界面上的電荷分離 產(chǎn)生給體HOMO能級上的空穴和受體LUMO上的電子 OPV實現(xiàn)原理 12 HOMO HOMO LUMO LUMO 下電極 上電極 給體 受體 h 真空 吸收光子產(chǎn)生激子 電子空穴對 激子在給體受體界面分離 自由電子和空穴傳輸并被兩極收集 電荷產(chǎn)生 傳輸和收集 有機太陽能電池原理 有機電池吸收光以后首先激發(fā)的是激子 激子由電子和空穴成對組成 呈中性 對電池收集電流并沒有貢獻 最關(guān)鍵的是產(chǎn)生的激子向給體 受體界面擴散 在界面勢場的作用下發(fā)生電子和空穴的分離 一旦分離以后產(chǎn)生的載流子才對電池有貢獻 13 太陽能電池 能量轉(zhuǎn)換效率 PCE 太陽電池受光面積的最大輸出功率 Pmax 與入射的太陽光能量密度 Plight 的百分比 R JV max JscVoc R 0 14 有機薄膜制作方法 膜厚由轉(zhuǎn)速 溶劑 組成成分和濃度決定 刮刀刀片 絲網(wǎng)印刷 旋涂 有機太陽能電池制作方法 15 優(yōu)點成本低質(zhì)量輕材料來源廣泛制備工藝簡單可做在柔性襯底上可大面積生產(chǎn)材料的光及電特性可調(diào)整 缺點效率低壽命短 有機太陽能電池優(yōu)缺點 16 有機聚合物太陽能電池的應(yīng)用前景可表現(xiàn)在 可穿戴光伏設(shè)備 突出的柔性特點 環(huán)保特性 樓宇的玻璃幕墻 需要一定量光透過 又能利用剩余太陽能資源 條件比較極端的應(yīng)用場景 高溫 弱光等 便攜式小型太陽能設(shè)備 材料輕薄 仿生學(xué)應(yīng)用 例如自然界中光合作用第一步光反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換效率高達42 可以人工合成這種酶 用以大幅度提高光伏器件效率 發(fā)展前景 17 行業(yè)資訊 18 有機光伏薄膜領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)HeliatekGmbh 該公司有機光伏電池的電池效率達到了創(chuàng)紀錄的12 0 這種有機光伏電池在1 1平方厘米的標(biāo)準(zhǔn)面積上達到12 0 的高效率 它同時采用了兩種獲專利的吸收材料 可轉(zhuǎn)換不同波長的日光 由于OPV在高溫和弱光條件下的獨特表現(xiàn) 其12 的破紀錄效率與傳統(tǒng)光伏技術(shù) 如晶體硅和薄膜光伏電池 達到的14 到15 的效率相當(dāng) 在溫度逐漸升高和太陽能輻射逐漸減弱的情況下 這些傳統(tǒng)技術(shù)的電池效