有机太阳能电池探讨.ppt

太阳能电池的原理 太阳能电池原理——光生伏特效应 太阳光照射到pn结，产生电子—空穴对，在内建电场的的作用下，电子流入n区，空穴流入p区，在pn结附近形成与势垒方向相反的光生电场，使p区带正电，n区带负电，产生电动势 有机太阳能电池的原理 有机太阳能电池 按照有机半导体层材料的差别, 可分为3 类: 单质结结构有机太阳能电池 p- n 异质结结构有机太阳能电池 p- n 本体异质结结构有机太阳能电池 近十几年来, 研究较多的还有染料敏化纳米晶太阳能电池 单质结结构有机太阳能电池 结构: 玻璃/金属电极/染料/金属电极 材料：酞菁类化合物、卜啉、叶绿素、导电聚合物等有机材料 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，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，起步之初就高下立判哪。 原理：有机半导体内的电子在光照下激发，产生一对电子和空穴。电子被低功函数的电极提取，空穴则被来自高功函数电极的电子填充，由此在光照下形成光电流。理论上，有机半导体膜与两个不同功函数的电极接触时，会形成不同的肖特基势垒(金属-半导体边界上形成的具有整流作用的区域. )。这是光致电荷能定向传递的基础。因而此种结构的电池通常被称为“肖特基型有机太阳能电池”。 由于电子与空穴在同一材料中传输因而复合几率较大, 所以光电转换效率较低，实验室效率为5% p- n 异质结结构有机太阳能电池 结构: 玻璃/ITO/n- 染料/p- 染料/金属电极 材料：以酞青类化合物为p 型半导体, 以北四甲醛亚胺化合物或C60为n 型半导体 混合异质结结构有机太阳能电池 结构：玻璃/ITO/A+D 混合材料/金属电极 特点：给体和受体分子紧密接触而形成连接网络, 增加了接触, 提高了光电转化效率。但未能与正极接触的给体相上出现的正电荷是不能传输到电池的正极上的 染料敏化纳米晶太阳能电池dye-sensitized solar cells 结构：如图 敏化剂: 有机染料（多溴二苯乙烯类、酞菁类）和导电高 聚物 原理： TiO2 表面吸附一层对可见光具有良好的吸收性能的染料光敏化剂后, 染料分子在可见光的作用下, 通过吸收光能而跃迁到激发态, 通过染料分子和TiO2 表面的相互作用,电子跃迁到较低能级的导带, 进入TiO2 导带的电子被导电电极薄膜收集, 通过外回路, 回到反电极产生光电流 DSSC基本结构 透明导电玻璃：导电电极, 普通玻璃上镀上一层掺F或Sb的SnO2 的透明导电膜或ITO薄膜, 其制备方法主要有: 磁控溅射、化学气相沉积等。 对电极：还原催化剂，通常在带有透明导电膜的玻璃上镀上铂 染料光敏化剂：性能决定电池的光电转换效率 电解质：含有氧化还原电对，一般为I3-/I- 优点： 廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能 其光电效率稳定在10%以上, 制作成本仅为硅太阳电池的1 /5～1 /10, 寿命能达到20年以上 太阳能电池主要参数 开路电压：VOC 短路电流：ISC 太阳能输入功率： At 为 电池总面积，F（λ） 为在波长人处入射到电池上的每厘米2秒单位带宽的光子数，hc/λ为每个光子的能量 填充因子： 转换效率： 研 究 现 状 有机太阳能电池的优势 有机太阳能电池的前景 谢 谢！ 当R 2 增大时,V oc逐渐增加, 但当R 2 2×103 8 时, R 2 的变化几乎对V oc没有影响, 此时V oc的值保持为0. 48 V. 由于实际有机太阳能电池的并联电阻R 2 1038 , 因此, 电池内部的并联电阻R 2 对其开路电压V oc的影响程度比较之小. 好 小 不太成熟 丰富 小 小 10 染料敏化纳米晶 未知 小 不成熟 丰富 小 小 6 混合异质结 有机太阳能电池 好 大 不太成熟 不太丰富 大 小 37.4 砷化镓 一般 较小 比较成熟 不太丰富 小 小 19.9 铜铟镓硒 一般 大 比较成熟 比较丰富 小 小 15 碲化镉 不好 较小 比较成熟 丰富 小 小 12 非晶硅薄膜 好 较小 比较成熟 丰富 较小 较小 16 多晶硅薄膜 薄膜光伏电池 好 大 成熟 丰富 大 大 18 多晶硅 最好 最大 很成熟 丰富 最大 最大 24.7 单晶硅 块状光伏电池 可靠性 污染 工艺成熟性 材料来源 成本 制造能耗 最高转换效率 科研工作者对各种各样的有机染料和半导体高聚物进行了广范研究,得到以下的结果： 电池的效率最高 德国多家科研机构最近宣布合作研制成功以普通有机聚合物为核心的太阳能电池。研究人员发现 当聚合塑料粒子受阳光照射时,其表面碳原子的电子