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聚合物太阳能电池

的研究进展专业：高分子材料科学与工程姓名：陈娟学号：一．研究背景及意义二．有机太阳能电池的基本工作原理三．有机太阳能电池材料四.聚合物太阳能电池器件的五．展望一．研究背景及意义背景：目前,全球总能耗的74%来自煤炭!石油和天然气等化石能源。人类过度开采和使用化石能源。据估计,全球煤炭的开采年限为200年,而石油天然气则将会在未来50年左右枯竭，因此能源危机是21世纪人类面对的主要问题。新能源的开发和利用已引起世界各国的高度重视。太阳能以其绿色环保!取之不尽用之不竭等优点成为了可再生能源的研究重点。硅基及其它无机金属化合物太阳能电池是这一研究领域的主流。近年来虽然其价格有大幅度的下降,但成本问题仍然是其大幅取代传统能源的主要障碍。有机半导体包括小分子和聚合物材料,是国际上正在兴起的一类新型太阳能电池材料,同无机半导体相比,有机材料有很多的优点:化学可变性大,原料来源广泛;有多种途径可以改变和提高光谱吸收能力,扩展光谱吸收范围并提高材料载流子的传输能力;加工容易,可大面积成膜;容易进行物理改性;价格便宜,工艺简单等特点。意义：研究进展：1986年,C.WTang在有机太阳能电池方面做出了开拓性的工作，他提出了双层有机太阳能电池结构，如下图：他首先在ITO玻璃上蒸镀一层P型材料酞著铜(CuPc),然后是一层N型材料花酞亚胺(PTCBI),最后选取银作为是电池的金属电极。近年来，世界各国科学家、研究学者从材料的选择和器件结构的优化着手,对有机聚合物太阳能电池做了深入的研究,在研究和应用方面都取得了很好的成果，但聚合物太阳能电池光电转换效率仍然很低，只有5﹪左右。1986年,C.WTang在有机太阳能电池方面做出了开拓性的工作，他提出了双层有机太阳能电池结构，如下图：12345二．有机太阳能电池的基本工作

原理无机太阳能电池：半导体材料的能带理论是光生载流子最好的理论解释，即：无机太阳能电池一般由P型半导体材料和N型半导体材料接触,其中两种材料的结合部分形成P一N结,P一N结在光照下,内部的空间电荷区被激发,产生电子一空穴对,无机半导体材料有较大的介电常数和电子离域的特性,电子空穴间的库仑势能很小,电子一空穴对会很容易的分离成自由的电子和空穴,它们在内建电场的作用下会向电极两端移动,这样就形成了电流。有机太阳能电池：在外场作用下,激子解离成自由移动的电子和空穴，电子和空穴的迁移运动就形成了光电流。概括来讲,有机太阳能电池的基本过程括:1.光的吸收;2.激子的形成;3.激子的迁移;4.激子的解离;5.载流子分开;6.载流子迁移;7.载流子收集。图1：有机太阳能电池的基本过程及损耗机理将光能有效地转化成电能,必须满足以下条件:(1)在有机太阳能电池的激活区域,光吸收必须尽可能大;(2)光子被吸收后产生的自由载流子必须足够的多;(3)产生的载流子小损耗地到达外部电路,有机太阳能电池实际转换效率低的原因：在光的反射和透射过程,激子产生后的直接复合,在传输过程中的复合,电荷受限迁移,电荷在界面处的复合等因素都会造成器件效率的降低。三．有机太阳能电池材料有机太阳能电池材料分为：⑴有机小分子材料⑵聚合物材料⑶电极材料有机小分子及富勒烯族材料具有的优点：①以良好的共扼体系；②高的电子亲和能与离化能；③可见光范围内较大的消光系数；④较强的光稳定性。常用的有下面几类:第一,花类衍生物第二,酞著(PC)类衍生物第三，富勒烯衍生物常用有机小分子材料结构式：01具有∏-∏·共辘体系,存在较宽的∏和∏·能带;02可通过掺杂或化学分子修饰来调整材料的电导性,使其带隙降低;03可有效地吸收太阳光;04具有可弯曲性,易加工成型,不易结晶;05具有优良的机械性能和良好的成膜性。06典型的聚合物太阳能电池材料有下面几类:07聚唆吩(RAT)衍生物