第五章塑料太阳能电池第五章料太阳能电池第五章塑料太阳能电池第五章塑料太阳能电池.ppt

这种结构增大了给体－受体界面，使异质结更加分散，减小了激子的扩散距离，更多的激子得以到达界面进行电荷分离，这种异质结被称为体相异质结（bulk heterojunction）。另外，在这种互穿网络中，空穴可以通过供体网络传输到高功函的电极（如ITO、Au），电子通过受体网络传输到低功函的电极（如Al、Mg等），更有利于载流子的传输与收集。1995年，Yu值得MEH－PPV/C60互穿网络结构的太阳电池，电荷收集效率达29％，能量转换效率为2.9％。两指标均较双层或多层膜结构有了大幅度的提高。 BHJ 只需要制作单层器件，就可以在活性层内产生D-A 异质结,所以大大简化了器件的制备工艺，克服了多层器件加工过程中上层溶剂对底层聚合物的再溶解腐蚀问题。 BHJ太阳能电池的突破受益于Sariciftci 等人发现的共轭聚合物与富勒烯C60之间有效的电子转移现象。在共轭聚合物中光诱导产生的电子，可以在45fs内转移到富勒烯中，电荷分离效率接近100%。 Sariciftci, N. S.; Smilowitz, L.; Heeger, A. J.; Wudl, F. Science 1992,258, 1474 BHJ 电池的优点 First, the light absorption by organic semiconductors only produces excitons (tightly bound electron-hole pairs), which need to travel to the DONOR–ACCEPTOR interface to separate into energy-carrying charges. However, these excitons usually have a very short lifespan and a similarly short diffusion distance ( ≈ 10 nm). Thus, the minimized travel distance to the DONOR–ACCEPTOR interface rendered by the BHJ configuration is beneficial for efficient exciton dissociation. Second, the BHJ maximizes the interfacial area between the DONOR and the ACCEPTOR, and allows one to employ films of thicknesses much larger (typically 100–200 nm) than the exciton diffusion length ( ≈ 10 nm). A thick film can absorb more photons, thus more excitons can split into usable charges. Finally, the interpenetrating network of the BHJ offers charge transport pathways to assist the charge collection at the electrodes. 光伏聚合物材料 三个发展阶段 第一阶段：1990s poly[2-methoxy-5-(2 ′ -ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene] (MEH–PPV) and (poly[2-methoxy-5-(3,7-dimethyloctyloxy)]-1,4-phenylenevinylene (MDMO–PPV)， 转换效率最高达3.3%； 第二阶段：2000s P3HT，转换效率≈ 5%; 第三阶段：从2000s后，过去几年 很多超过7%，各种窄禁带D-A聚合物或有机小分子 光伏聚合物材料 P3HT Chemical Structures of PC61BM and PC71BM Heeger 聚合物的禁带宽度和HOMO、LUMO是影响电池性能的最重要的参数。 太阳中最大光子流的密度接近700nm，对应的最低能量约为1.77eV（一般的共轭聚合物的禁带宽度都在2.5以上）。 合成窄禁带宽度的共轭聚合物，使其吸收能覆盖红外和近红外，同时具有大的消光系数非常重要。 Energy diagram of donor and acceptor HOMO-LUMO levels showing three intercorrelated parameters. Eg is the band gap