有机光伏电池OPV发展报告.ppt

有机光伏太阳能电池organic photovoltaic solar cell * 目 录 太阳能电池研究概述 OPV发展历程 OPV实现原理 前景展望 行业资讯 太阳能电池研究概述 太阳能电池研究概述 年人均用电量（度） 国家发达指数 能源是国家发展的动力： 随着人口增长，人们生活水平提高，能源需求激增，发展清洁可再生新能源成为当务之急！ 欧美发达工业型国家 发展中国家 中国 非洲落后 农业型国家 太阳能电池研究概述 水利发电 风能发电 太阳能发电 太阳能热水器 核能发电 各种可再生能源对比: 水利与风能：受地形和气候限制 太阳能热水：热能不如电能方便 核能：核废料的处理，日本核危机引发核安全担忧 太阳能发电： 太阳能广泛存在（全球都有日照）； 太阳能丰富充足（1小时地表太阳能等于世界1年使用能量）； 太阳能持续稳定（太阳至少持续发光十亿年） 中国年太阳总辐射量分布 地热 其它 太阳热 光伏 风力 生物质 水电 核能 天然气 煤 石油 全球能源组成结构： 太阳能光伏发电未来将保持高速增长，一百年内取代传统化石燃料成为主要能源！太阳能发电是一个朝阳产业！ 关键：光伏发电成本 1% 6% 25% 60% 1% 光伏太阳能电池年产量高速增长： 其它 美国 台湾地区 中国大陆 欧洲 日本 * 有机太阳能电池这个概念貌似很新，但其实它的历史也不短——跟硅基太阳能电池的历史差不多。第一个硅基太阳能电池是贝尔实验室在1954年制造出来的，它的太阳光电转化效率约为6％；而第一个有机光电转化器件是由Kearns和Calvin在1958年制备的，其主要材料为镁酞菁（MgPc）染料，染料层夹在两个功函数不同的电极之间。在那个器件上，他们观测到了200 mV的开路电压，光电转化效率低得让人都不好意思提。 OPV发展历程 * 此后二十多年间，有机太阳能电池领域内创新不多，所有报道的器件之结构都类似于1958年版，只不过是在两个功函数不同的电极之间换用各种有机半导体材料。1986年，行业内出现了一个里程碑式的突破。实现这个突破的是位华人，柯达公司的邓青云博士。这个时代的有机太阳能电池所采用的有机材料，主要还是具有高可见光吸收效率的有机染料。（1%）！！！ OPV发展历程 * OPV发展历程 美国加州伯克利分校科学家在2002年利用塑料纳米技术研制出第一代塑料太阳能电池，可以安装在一系列便携式设备及可穿戴式电子设备上。提供0．7V的电压。 价格低、易成型，通过化学修饰调控性能。 * 有机太阳电池光电转换过程： 1)入射光在有机聚合物中的吸收； 2) 产生激子； 3) 激子向给体/受体界面的扩散； 4) 激子在给体/受体界面上的电荷分离，产生给体HOMO能级上的空穴和受体LUMO上的电子； OPV实现原理 HOMO HOMO LUMO LUMO 下电极 上电极 给体 受体 hυ 真空 吸收光子产生激子 (电子空穴对) 激子在给体受体界面分离 自由电子和空穴传输并被两极收集 电荷产生，传输和收集 有机太阳能电池原理 。 有机电池吸收光以后首先激发的是激子，激子由电子和空穴成对组成，呈中性，对电池收集电流并没有贡献。最关键的是产生的激子向给体/受体界面扩散，在界面势场的作用下发生电子和空穴的分离，一旦分离以后产生的载流子才对电池有贡献！ 太阳能电池 能量转换效率(PCE)： 太阳电池受光面积的最大输出功率（Pmax）与入射的太阳光能量密度（Plight）的百分比。 R (JV)max JscVoc R (0, ∞) 有机薄膜制作方法(膜厚由转速、溶剂、组成成分和浓度决定) 刮刀刀片 丝网印刷 旋涂 有机太阳能电池制作方法 优点 成本低 质量轻 材料来源广泛 制备工艺简单 可做在柔性衬底上 可大面积生产 材料的光及电特性可调整 缺点 效率低 寿命短 有机太阳能电池优缺点 有机聚合物太阳能电池的应用前景可表现在： 可穿戴光伏设备（突出的柔性特点，环保特性）， 楼宇的玻璃幕墙（需要一定量光透过，又能利用剩余太阳能资源）， 条件比较极端的应用场景（高温，弱光等）， 便携式小型太阳能设备（材料轻薄） 仿生学应用（例如自然界中光合作用第一步光反应的能量转换效率高达42%，可以人工合成这种酶，用以大幅度提高光伏器件效率） 发展前景 * 行业资讯 有机光伏薄膜领域的行业领先企业Heliatek Gmbh，该公司有机光伏电池的电池效率达到了创纪录的12.0%。这种有机光伏电池在1.1 平方厘米的标准面积上达到12.0%的高效率，它同时采用了两种获专利的吸收材料，可转换不同波长的日光。由于OPV在高温和弱光条件下的独特表现，其12%的破纪录效率与传统光伏技术（如晶