聚合物太陽能電池1

聚合物太陽能電池匯報(bào)人：李艷芳任課老師：林仕偉教授目錄1234聚合物太陽能電池的研究背景聚合物太陽能電池的原理聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)聚合物太陽能電池的分類5聚合物太陽能電池的展望1.聚合物太陽能電池的研究背景

近年來，有機(jī)半導(dǎo)體材料作為一類極具前景的光伏材料，引起了研究人員的高度重視。

聚合物太陽能電池一般由共軛聚合物給體和富勒烯衍生物受體的共混膜夾在ITO透明正極和金屬負(fù)極之間所組成。有機(jī)半導(dǎo)體材料良好的柔韌性也拓寬了其應(yīng)用范圍，例如在柔性可卷曲體系中實(shí)現(xiàn)光伏供電等。3它們可以被溶液加工和大面積成膜，為大規(guī)模利用太陽能獲得廉價(jià)電能提供了有利條件。2有機(jī)半導(dǎo)體材料成本較低、結(jié)構(gòu)和功能易于調(diào)控。11.聚合物太陽能電池的研究背景1%0.04%1.聚合物太陽能電池的研究背景5.5%7.3%1.聚合物太陽能電池的研究背景7.4%10%1.聚合物太陽能電池的研究背景10.6%8.62%1.聚合物太陽能電池的研究背景2013年，德國(guó)Heliatek公司，公布其有機(jī)太陽能電池效率又創(chuàng)世界新高，到達(dá)12%，打破了該公司于9個(gè)月前創(chuàng)立的10.7%的記錄，可與常規(guī)晶硅模塊及薄膜光伏14-15%的電池效率相媲美，還可以借助更高的光電壓提高對(duì)光子的吸收?；谶@個(gè)成果，Heliatek公司計(jì)劃至2015年將轉(zhuǎn)換效率提高至15%。3.3%2.聚合物太陽能電池的原理圖1.聚合物太陽能電池的機(jī)理圖圖2.聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖2.聚合物太陽能電池的原理

有機(jī)材料的激子分離與遷移并非全部有效,為了有效

地提高其能量轉(zhuǎn)換效率,必須滿足以下條件:1

在聚合物太陽能電池的激活區(qū)域光吸收必須盡可能的大2

光子被吸收后產(chǎn)生的自由載流子必須足夠的多3

產(chǎn)生的載流子能低損耗地到達(dá)外部電路3.聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖3.聚合物太陽能電池的電流-電壓曲線3.聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖4電子給體材料和電子受體材料的能級(jí)示意圖

電子給體材料為共軛聚合物材料，需要具有低HOMO能級(jí)和高LUMO能級(jí)，但是其中有兩個(gè)限制因素：電子給體材料的LUMO能級(jí)至少比電子受體材料的能級(jí)高0.3eV。電子給體材料的HOMO能級(jí)與電子受體的LUMO能級(jí)之差，直接影響相應(yīng)器件的開路電壓。

第一個(gè)OSC的主要材料為鎂酞菁染料，這種結(jié)構(gòu)的太陽能電池通常被稱為“肖特基型OSCs”，由于效率比較低，現(xiàn)在已經(jīng)被淘汰。4.聚合物太陽能電池的分類圖5.雙層異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池結(jié)構(gòu)4.聚合物太陽能電池的分類圖6.本體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池的結(jié)構(gòu)

“BHJ”聚合物太陽能電池，就是將Donor和Acceptor混合起來，通過真空沉積或者溶液旋涂的方法制成一種混合型薄膜,最高效率達(dá)到10%。4.聚合物太陽能電池的分類

為了進(jìn)一步提高器件的效率，制備出了疊層結(jié)構(gòu)的多結(jié)聚合物太陽能電池的構(gòu)想，效率為10.6％。圖7.疊層結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池5.聚合物太陽能電池的展望

與無機(jī)太陽能電池相比，OSCs的效率仍然較低，其主要原因是由于大部分活性材料存在太陽光吸收能力較弱，載流子遷移率低以及穩(wěn)定性差等問題。

目前主要采取設(shè)計(jì)新材料，優(yōu)化器件工藝和控制活性層形貌等方法提高OSCs的效率與穩(wěn)定性。然而，有關(guān)OSCs的研究無論從基本性能、深層次機(jī)制或產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等許多方面尚處于初始階段。

因此，進(jìn)一步借鑒無機(jī)太陽能電池的成熟技術(shù)及研究思路將會(huì)對(duì)OSCs的發(fā)展起到積極作用。此外，將有機(jī)和無機(jī)半導(dǎo)體材料各自的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，控制BHJ活性層納米結(jié)構(gòu)相分離來提高器件的性能將成為今后太陽能電池研究的重要方向。參考文獻(xiàn)[1]Appl.Phys.Lett.48(2),1986[2]Science.270(15),1995

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