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第十三讲：有机太阳能电池
胡伟
南京大学现代工程与应用科学学院
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Prof.YanqingLu,NationalLaboratoryofSolidStateMicrostructures,NanjingUniv.,China
光电功能材料
单晶硅电池的工作原理：即当光子能量大于半导体的禁带宽度时，半导体的价带电子可被激发转移至导带，因p-n结耗尽层电场的影响，电子可很快地进入n-区，而空穴则快速进入p-区，实现电子和空穴的分离，将电子和空穴分别用导线引出，就可构成电池回路。
Prof.YanqingLu,NationalLaboratoryofSolidStateMicrostructures,NanjingUniv.,China
N
hu
Conductionband
Valenceband
利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能的装置就是太阳能电池
太阳能电池
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√光生-伏打(photo-voltaicPV)现象最早是由法国物理学家Atoine-CesarBecquerel于1839年所发现。
√而第一个硅太阳能电池是在1941年由美国的RusselOhl所制得，当时的效率仅为1%。
√1954年美国贝尔实验室制成了世界
上第一个实用的太阳能电池，效率
为4%,于1958年应用到美国的先锋
1号人造卫星上。太阳能电池是随空间技术的发展和竞争而得到发展和进步的。
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Prof.YanqingLu,NationalLaboratoryofSolidStateMicrostructures,NanjingUniv.,China
太阳能电池的发展
√太阳能电池逐渐由航天等特殊的用电场合进入到地
面应用中。在初始阶段，由于其转换效率不高，被用作为传感或测量材料，如照相技术中的光度计等。随着效率不断提高，开始向能源方向发展。
√现今PV电池的效率，在实验室条件下已可达30%,而在实际应用条件下，约为17%。
√由于材料、结构、工艺等方面的不断改进，现在太阳能电池的价格不到20世纪70年代的1%。预期10年内太阳能电池的发电成本将可与火电竞争。目前，年均增长率35%,是能源技术领域发展最快的行业。
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Prof.YanqingLu,NationalLaboratoryofSolidStateMicrostructures,NanjingUniv.,China
太阳能电池的进步和发展
√也有1I-VI族，III-V族半导体材料。一种II-VI族材料--TiO₂,作为液结太阳能电池受到广泛重视。这类体系的转化效率可达12%。砷化镓电池因效率高、耐辐射性好，被广泛应用到空间领域。
√有机材料效率还不是太高，但可以较低成本制得大面积的材料。
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Prof.YanqingLu,NationalLaboratoryofSolidStateMicrostructures,NanjingUniv.,China
InorganicSolarCell
√无机太阳能电池，多以硅材料所构成。
√有机PV电池是继无机PV电池后，另一种新型的能源材料。在化石能源日趋枯竭、耗尽的今天，新能源的出现自然受到人们的广泛重视。
√研究进展：美国加州伯克利分校的科学家在2002研制出第一代塑料太阳能电池，可安装在系列便携式设备及可穿戴式电子设备上，提供0.7V的电压。
√工作原理：有机半导体产生的电子和空穴束缚在激子
(excitons)之中，电子和空穴在界面(电极和导电聚合物的结合处)上分离。
√特点：价格低、易成型，通过化学修饰调控性能。
Prof.YanqingLu,NationalLaboratoryofSolidStateMicrostructures,NanjingUniv.,China
有机太阳能电池
√PhotovoltaiccellPVC是光转变为电的器件。使光变为电，必须要使激子的电荷分离，进而分别从两个电极引出正电和负电，使在电池外部形成回路。
√为提高激子的电荷分离效率，必须防止电荷的再重合，因重合将使工作物质回到基态，使前功尽弃。
1.AphotonisabsorbedintotheCGLwhereitgeneratesanexciton.2.Theexcitonmigratestotheinterfacebetweenthetwolayers.
3.Thechargesseparat
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