有机太阳能电池报告汇总.doc

有机太阳能电池报告 经过这几堂课的学习我从中学到了一些关于有机太阳能的相关知识，虽然听进去的不多但是也有所收获，下面简要做下有机太阳电池的总结。 有机太阳能电池是成分全部或部分为有机物的太阳能电池，他们使用了导电聚合物或小分子用于光的吸收和电荷转移。有机物的大量制备、相对价格低廉，柔软等性质使其在光伏应用方面很有前途。通过改变聚合物等分子的长度和官能团可以改变有机分子的能隙，有机物的摩尔消光系数很高，使得少量的有机物就可以吸收大量的光。相对于无机太阳能电池，有机太阳能电池的主要缺点是较低的能量转换效率，稳定性差和强度低。 有机太阳能电池的原理： 太阳能电池的基本原理是基于半导体异质结或金属半导体界面附近的光伏效应，所以又称为光伏电池。当光子入射到光敏材料时，激发材料内部产生电子和空穴对，在静电势能作用下分离，然后被接触电极收集，这样外电路就有电流通过。 在太阳光的照射下有机材料吸收光子，如果该光子的能量大于有机材料的禁带宽度E，就会产生激子(电子空穴对)激子的结合能大约为0.2～1.0 eV高于相应的无机半导体激发产生的电子空穴对的结合能。因此激子不会自动解离．两种具有不同电子亲和能和电离势的材料相结触，接触界面处产生接触电势差，可以驱动激子解离。 有机太阳能电池以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料，以光伏效应而产生电压形成电流。主要的光敏性质的有机材料均具有共轭结构并且有导电性，如酞菁化合物、卟啉、菁（cyanine）等。 有机太阳能电池按照器件结构可基本分为3类： (1)单质结(肖特基型)有机太阳能电池 (2)异质结有机太阳能电池 (p-n 异质结 混合异质结即本体异质结 级联结构) (3)染料敏化有机太阳能电池 单质结(肖特基型)有机太阳能电池 这是一种研究较早的太阳能电池，结构为：玻璃／电极／有机层／电极，如图a所示： 对于单层结构的电池来说，其内建电场源于两个电极的功函数差或者金属与有机材料接触而形成的肖特基势垒。一般常用的有机光伏材料均可被制成此类太阳能电池，如酞菁(phthalocyanine)、卟啉(porphyrin)、菁染料(cyanine)、导电聚合物等有机材料。 缺点在于： 电子与空穴在同一材料中传输，因而复合几率较大，所以单质结有机太阳能电池的光电转换效率低。实验室中以聚合物或有机分子材料制备的此类电池效率最高为4％。 必威体育精装版进展： 有机材料进行O2，H2，I2掺杂可提高其电导率，通过表面等离子极化(SPP)激发技术提高光吸收量，从而提高电池的光电转换效率。 异质结有机太阳能电池 P-n异质结有机太阳能电池的结构为：玻璃／阳极／给体材料／受体材料／金属电极。如图b所示： 相比于单质结电池，p-n 质结电池的优势在于： 对有机材料的合理选择可以制造出宽光谱范围响应的器件。 各种染料的电子施主--受主相互作用使得光生载流子的高产率成为可能。 缺陷在于： 由于有效的电荷分离只发生在给受体界面处，电荷分离被限制在电池较小的区域内，从而使吸收光子的数量受到限制。所以此类有机太阳能电池的光电转化效率仍然较低。 研究进展： 为了扩大给受体接触面积，获得更多的光生载流子，学者们以聚合物MEH—PPV为给体、C60衍生物PCBM作为受体构造了混合异质结有机太阳能电池。其结构为玻璃／阳极／给体+受体混合材料／金属电极（图c）。由于无处不在的纳米尺度的界面大大增加了给受体接触面积，激子解离效率提高，使ηp进一步提高到2.9%。 本体异质结有机太阳能电池结构 理想情况下，在混合异质结中电荷分离与收集是等效的。但实际上混合体微观结构是无序的，网络间存在大量缺陷，从而阻碍了电荷的分离和传输。研究发现：将给体和受体通过共价键连接，可以很简单地获得微相分离的互渗双连续网络结构，基本能够克服以上的缺陷，并且基于单一有机化合物的器件有利于获得化合物结构与器件效率的关系。 混合异质结电池的研究进展 Sun等以多种非共轭柔性链作为连接给体和受体的桥梁，合成了有序的体异质结太阳能电池材料，制备成器件，通过空间和能级优化减少光子吸收、激子及载流子的损失，提高了电池的能量转化效率。 级联电池是一种串联的叠层电池，是将两个或以上的器件单元以串接的方式做成一个器件(图ld)，以便最大限度地吸收太阳光谱，提高电池的开路电压和效率．级联电池可利用不同材料的不同吸收范围，增加对太阳光谱的吸收，减少高能光子的热损失，最终提高器件效率。 染料敏化太阳能电池 染料敏化太阳能电池的工作原理 染料敏化太阳能电池(DSSC)的基本工作原理如下：当能量低于多孔纳米TiO2薄膜禁带宽度，但等于染料分子特征吸收波长的入射光照射在多孔电极上时，吸附在多孔电极表面的染料分子中的电子受激