有機(jī)無機(jī)復(fù)合太陽能電池

無機(jī)納米材料/有機(jī)聚合物復(fù)合太陽能電池的原理及性能提高的途徑報(bào)告人：袁倩敏學(xué)號(hào)：131200009研究背景晶體硅太陽能電池成本太高染料敏化太陽能電池的液體的泄漏、電池封裝困難有機(jī)太陽能電池電子遷移能力極低由有機(jī)物電子給體、無機(jī)電子受體的共混體系組成的有機(jī)無機(jī)復(fù)合太陽能電池，既具有有機(jī)電池的優(yōu)點(diǎn)，又具有無機(jī)半導(dǎo)體的很多優(yōu)良性能，如能級(jí)可調(diào)、大的消光系數(shù)以及多光子效應(yīng)等，同時(shí)又解決了有機(jī)電池內(nèi)部激子分離困難問題有機(jī)無機(jī)復(fù)合太陽能電池的結(jié)構(gòu)由光陽極和光陰極電極材料、電子空穴傳輸層材料、活性層材料共同構(gòu)成將無機(jī)半導(dǎo)體納米晶加入到聚合物中形成復(fù)合光活性層，共同吸收光子產(chǎn)生載流子。光陽極材料：FTO，摻雜氟的Sn02透明導(dǎo)電玻璃，ITO導(dǎo)電玻璃的替換用品光陰極電極材料：Al，起收集電子和連接外電路的作用電子空穴傳輸層材料：PEDOT:PSS，對(duì)于吸收層產(chǎn)生的空穴進(jìn)行收集傳輸活性層材料：有機(jī)聚合物和無機(jī)納米晶復(fù)合材料，有機(jī)聚合物材料用作電子給體和空穴傳輸介質(zhì)；納米晶用作電子受體和電子傳輸介質(zhì)。無機(jī)納米晶/有聚合物復(fù)合太陽能電池工作原理當(dāng)陽光通過FTO電極照射到活性層上時(shí)，活性層中的無機(jī)納米晶和有機(jī)聚合物同時(shí)吸收光子產(chǎn)生激子（電子一空穴對(duì)）激子遷移到聚合物給體/受體界面處，把電子轉(zhuǎn)移給無機(jī)受體的導(dǎo)帶軌道，空穴傳遞到聚合物給體的HOMO軌道能級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)電荷分離，在電池內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)的作用下，被分離的空穴沿著有機(jī)聚合物給體形成的通道傳輸?shù)秸龢O，而電子則沿著受體形成的通道傳輸?shù)截?fù)極?？昭ê碗娮臃謩e被相應(yīng)的正極和負(fù)極收集后，形成光電流和光電壓，即產(chǎn)生光伏效應(yīng)。

CdSe納米晶/P3HT復(fù)合太陽能電池CdSe的帶隙隨著粒徑的大小而逐漸變化，對(duì)太陽光的吸收也隨著變化；在可見光范圍內(nèi)具有非常好的吸收；Cd基化合物納米晶是很好的電子受體，容易實(shí)現(xiàn)激子的傳輸與分離，尤其是CdSe納米晶；合成方法成熟穩(wěn)定。2002年美國加利福尼亞州立大學(xué)伯克利分校的Alivisatos研究組使用CdSe半導(dǎo)體納米棒為受體，與P3HT共混制備了共輒聚合物/半導(dǎo)體納米晶雜化電池，能量效率為1.7%,開辟了有機(jī)無機(jī)復(fù)合電池的新方向。

CdSe納米晶/P3HT復(fù)合太陽能電池性能提高途徑棒狀、四足狀、枝化及超枝化結(jié)構(gòu)的納米晶在太陽能電池的應(yīng)用方面表現(xiàn)出的光電性能明顯優(yōu)于球狀納米晶。增加納米棒的長度可以提高能量轉(zhuǎn)換效率增大納米棒的直徑可以使吸收光譜的范圍向長波長移動(dòng)1、納米晶的形狀、種類、尺寸以及組分對(duì)復(fù)合太陽能電池的影響實(shí)線為四足狀納米晶，虛線為棒狀納米晶吡啶處理

在獲得納米晶后，通過吡啶回流的方式，使納米晶表面富集吡啶配體。其他表面配體也相繼用于對(duì)納米晶表面的改性，如氯化物、胺、硫醇等。對(duì)納米晶表面配體進(jìn)行還原處理

Kriiger通過對(duì)表面配體進(jìn)行還原，減少配體的鏈長，從而改善了太陽能電池的性能。用己酸處理后納米晶一方面其吸收特性保持不變，另一方面由于配體鏈長的縮短導(dǎo)致顆粒之間的間距減小，提高了電子的傳遞效率，最終電池效率達(dá)到2%。2、納米晶表面配體對(duì)太陽能電池性能的影響納米晶與聚合物的添加比、溶劑種類、熱處理?xiàng)l件等對(duì)納米晶與聚合物界面性能有直接影響。3、納米晶與聚合物界面電荷傳輸與分離的優(yōu)化

納米晶與聚合物的添加比：當(dāng)納米晶的添加量較少時(shí)，無法使之與聚合物間形成互相貫穿的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而阻礙電荷的產(chǎn)生和電子傳輸。而當(dāng)添加量過多時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)納米晶的充分分散，甚至?xí)斐奢^大的界面相分離。溶劑的選擇：制備納米晶聚合物太陽能電池時(shí)，溶劑對(duì)納米晶的分散程度及納米晶與聚合物薄膜的性能具有重要影響。熱處理工藝：熱處理是一種常用的增強(qiáng)有機(jī)分子遷移率的方法，合理的熱處理溫度不僅有助于除去光活性層中的低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑，減小電荷傳輸障礙，還可以有效縮短納米晶之間的距離，便于電子傳遞。一種改善聚合物與納米粒子相溶性的方法是直接在聚合物分子鏈上引入極性官能團(tuán)以使納米粒子直接吸附在聚合物分子鏈上，這樣較好地解決了納米CdSe在聚合物中的分散問題。4、改善有機(jī)聚合物與無機(jī)納米晶之間的相溶性CdSePPolymer1與CdSePPolymer4在不同CdSe含量下的能量轉(zhuǎn)換效率曲線當(dāng)前有機(jī)無機(jī)雜化電池研究的核心問題是提高器件的光電能量轉(zhuǎn)換效率。要提高光電轉(zhuǎn)換效率可從以下5方面入手:(1)使光伏材料在可見區(qū)有較寬和較強(qiáng)的吸收，提高太陽光的利用率。(2)延長激子的壽命并縮短到達(dá)給體/受體界面的距離，使激子能夠擴(kuò)散到異質(zhì)結(jié)界面上。(3)激子在給體、受體界面上有高的電荷分離率。(4)分離后的電子和空穴在分別向負(fù)極和正極的傳輸過程中有高的電荷傳輸效率，避免途中被陷阱捕獲或發(fā)生電子和空穴的復(fù)合。(5)要選擇具有合適功函數(shù)的正負(fù)極。結(jié)語目前,納米復(fù)合材料的研究與開發(fā)還處于起步階段,有待進(jìn)一步的理論研究。其中,形成各種聚合物基有機(jī)一無機(jī)納米復(fù)合材料的雜化機(jī)理;形成的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)問題;聚合物與無機(jī)物的界面鍵合型式、界面的穩(wěn)定性、界面在剪切力作