雜化太陽(yáng)能電池原理

1、有機(jī)有機(jī)/ /無(wú)機(jī)半導(dǎo)體雜化無(wú)機(jī)半導(dǎo)體雜化太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池郭慧云2015.10.24雜化太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介雜化太陽(yáng)能電池的工作原理影響雜化太陽(yáng)能電池效率的因素雜化太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介材料優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池以硅為主太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率高（最高約37.19%），性能穩(wěn)定加工成本高，工藝路線復(fù)雜，難以大面積生產(chǎn)，能耗高有機(jī)太陽(yáng)能電池以有機(jī)小分子；共軛聚合物和富勒烯衍生物為主電荷遷移率低，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率低（通常約1%）質(zhì)量輕、可彎曲，容易進(jìn)行大面積生產(chǎn)雜化太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介雜化太陽(yáng)能電池功能互補(bǔ)，協(xié)同優(yōu)化 以有機(jī)化合物和無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料的復(fù)合材料為主要原料制備的太陽(yáng)能電池。雜化太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介有機(jī)化合物主要以聚

2、苯撐乙烯撐類(lèi)、聚噻吩類(lèi)、聚苯胺類(lèi)和聚芴類(lèi)為主。無(wú)機(jī)材料：大多為T(mén)iO2、ZnO、CdSe或CdS。有機(jī)小分子：共軛聚合物：酞菁，二萘嵌苯，C60等。雜化太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介典型的雜化太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)ITO玻璃給體材料有機(jī)化合物無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料金屬電極HOMOHOMOLUMOLUMO陽(yáng)極受體材料陰極異質(zhì)結(jié)本體異質(zhì)結(jié)電池雜化太陽(yáng)能電池的工作原理當(dāng)太陽(yáng)光照射到電池表面時(shí)，能量大于共軛聚合物禁帶能的光子將激發(fā)聚當(dāng)太陽(yáng)光照射到電池表面時(shí)，能量大于共軛聚合物禁帶能的光子將激發(fā)聚合物最高占有軌道合物最高占有軌道（HOMO）上的電子躍遷到其最低未占有軌道）上的電子躍遷到其最低未占有軌道（LUMO）上，因而）上，因而HO

3、MO軌道上將產(chǎn)生與激發(fā)電子數(shù)目相同的空穴軌道上將產(chǎn)生與激發(fā)電子數(shù)目相同的空穴, ,從從而形成電子而形成電子- -空穴對(duì)，即激子，激子不斷向共軛聚合物空穴對(duì)，即激子，激子不斷向共軛聚合物/ /無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的界無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的界面處（異質(zhì)結(jié)）運(yùn)動(dòng)，當(dāng)激子到達(dá)界面時(shí)，由于共軛聚合物面處（異質(zhì)結(jié)）運(yùn)動(dòng)，當(dāng)激子到達(dá)界面時(shí)，由于共軛聚合物/ /無(wú)機(jī)半導(dǎo)體無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的界面能大于激子的分離能，激子將在界面處發(fā)生分離，形成載流子（電的界面能大于激子的分離能，激子將在界面處發(fā)生分離，形成載流子（電子和空穴子和空穴) )，電子進(jìn)入受體材料（無(wú)機(jī)半導(dǎo)體）的，電子進(jìn)入受體材料（無(wú)機(jī)半導(dǎo)體）的LUMO中，并沿著無(wú)機(jī)中，并沿著無(wú)

4、機(jī)半導(dǎo)體流向負(fù)極，空穴則沿著共軛聚合物流向正極，在負(fù)載的條件下形成半導(dǎo)體流向負(fù)極，空穴則沿著共軛聚合物流向正極，在負(fù)載的條件下形成電流。電流。 當(dāng)太陽(yáng)光照射到電池表面時(shí)，能量大于共軛聚合物禁帶能的光子將激發(fā)聚合物最高占有軌道（HOMO）上的電子躍遷到其最低未占有軌道（LUMO）上，因而HOMO軌道上將產(chǎn)生與激發(fā)電子數(shù)目相同的空穴，從而形成激子，激子不斷向共軛聚合物/無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的界面處運(yùn)動(dòng)，當(dāng)激子到達(dá)界面時(shí)，由于共軛聚合物/無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的界面能大于激子的分離能，激子將在界面處發(fā)生分離，形成載流子（電子和空穴)，電子進(jìn)入受體材料（無(wú)機(jī)半導(dǎo)體）的LUMO中，并沿著無(wú)機(jī)半導(dǎo)體流向負(fù)極，空穴則沿著共軛聚合

5、物流向正極，在負(fù)載的條件下形成電流。HOMO：分子中電子填充的能量最高軌道。LUMO：空軌道中電子填充能量最低的軌道。電子-空穴對(duì)雜化太陽(yáng)能電池的工作原理雜化太陽(yáng)能電池的工作過(guò)程雜化太陽(yáng)能電池的工作過(guò)程雜化太陽(yáng)能電池的工作過(guò)程雜化太陽(yáng)能電池的工作過(guò)程影響雜化太陽(yáng)能電池效率的因素光敏材料的選擇異質(zhì)結(jié)形態(tài)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的選擇無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的表面改性?xún)?yōu)化光敏層厚度激子的分離激子向異質(zhì)結(jié)遷移光的吸收激子的產(chǎn)生電荷傳輸和收集發(fā)生光的吸收、激子的發(fā)生光的吸收、激子的產(chǎn)生和遷移過(guò)程；光敏產(chǎn)生和遷移過(guò)程；光敏層厚度越大對(duì)光的吸收層厚度越大對(duì)光的吸收效率會(huì)越高，激子數(shù)量效率會(huì)越高，激子數(shù)量越大；但會(huì)使得激子的越大；但會(huì)

6、使得激子的遷移距離變長(zhǎng)，從而載遷移距離變長(zhǎng)，從而載流子復(fù)合幾率變大。流子復(fù)合幾率變大。低帶隙低帶隙 選擇低帶隙的有機(jī)半導(dǎo)體材料。 增加給體材料與受體材料間的接觸以提高激子的分離效率。提高激子的分離效率共混物形貌旋涂時(shí)所用溶劑兩種材料的比例化學(xué)添加劑溶液的濃度（固體含量）熱或溶劑退火材料的分子結(jié)構(gòu)和分子間排列影響雜化太陽(yáng)能電池效率的因素雜化太陽(yáng)能電池的退火 處理 對(duì)薄膜的退火處理： 影響電池內(nèi)部光敏層材料的微結(jié)構(gòu)給體材料（有機(jī)材料）的結(jié)晶過(guò)程受體材料（無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料）表面配位體交換反應(yīng)過(guò)程 給體材料在不同的結(jié)晶度下與受體材料之間的相分離程度不同，從而影響激子的分離和載流子的遷移過(guò)程，且不同的結(jié)晶度表現(xiàn)出對(duì)太陽(yáng)光光譜的響應(yīng)范圍不同。對(duì)電池進(jìn)行合適的退火處理可以明顯擴(kuò)大電池對(duì)太陽(yáng)光譜的吸收范圍。 利用受體材料表面在退火過(guò)程中發(fā)生配