1、1,有机太阳能电池的制备及性能研究 班 级： 姓 名： 指导老师：,2,有机太阳能电池介绍,目 录,2.有机太阳能电池的原理,3.有机太阳能电池的分类,4.制备组装太阳能电池的工艺流程,5.有机太阳能电池的材料 6.展 望 7.致 谢,3,一、有机太阳能电池介绍 有机太阳能电池这个概念貌似很新，但其实它的历史也不短跟硅基太阳能电池的历史差不多。第一个硅基太阳能电池是贝尔实验室在1954年制造出来的，它的太阳光电转化效率约为6；而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，染料层夹在两个功函数不同的电极之间。在那个器件上，他们观测到
2、了200 mV的开路电压，光电转化效率低得让人都不好意思提。,4,此后二十多年间，有机太阳能电池领域内创新不多，所有报道的器件之结构都类似于1958年版，只不过是在两个功函数不同的电极之间换用各种有机半导体材料。1986年，行业内出现了一个里程碑式的突破。实现这个突破的是位华人，柯达公司的邓青云博士。这个时代的有机太阳能电池所采用的有机材料，主要还是具有高可见光吸收效率的有机染料。,5,到了1992年，土耳其人Sariciftci（读作萨利奇夫奇）在美国发现，激发态的电子能极快地从有机半导体分子注入到C60分子（其结构如图3）中，而反向的过程却要慢得多。随后，研究人员在此类太阳能电池的基础上又
3、提出了一个重要的概念：混合异质结（体异质结）。此种结构最理想状态自然是所有的给体相都能与正极接触，同时所有的受体相都能与负极接触。在非理想状态下，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，因而这种结构亦非尽善尽美。,6,二、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。有机太阳能电池利用的也是光伏效应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
4、会产生激子(电子空穴对)。激子的结合能大约为0.21.0 eV，,7,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。 单纯由一种纯有机物夹在两层金属电极之间制成的肖特基电池效率很低, 后来将p 型半导体材料(施主Donor)和n 型半导体材料(受主Acceptor)结合,发现两种材料界面处激子的解离非常有效, 这就是通常所说的p-n 异质结型太阳能电池。,8,三.制备组装太阳能电池的工艺流程 电池检测正面焊接检验背面串接检验敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设）层压去毛边
5、（去边、清洗）装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶）焊接接线盒高压测试组件测试外观检验包装入库。,9,四.有机太阳能电池的分类 有机太阳能电池的几种结构。有机太阳能电池按照半导体的材料可以分为：单质结结构太阳能电池、异质结结构太阳能电池、染料敏化纳米晶结构太阳能电池、而异质结有机太阳能电池又包括p-n 异质结、混合异质结、体异质结和级联结构有机太阳能电池。,10,五.有机太阳能电池的材料 有机太阳能电池组件的核心 - 太阳能电池片。研究有机太阳能电池的制备和性能，其主要目的是研究制备太阳能电池片的有机材料。该材料的好坏直接影响光电转换。1.有机太阳能电池材料的选取 有机材料选择是太阳能电
6、池制作的关键,它必须满足以下几个基本要求:和半导体接触紧密;在可见光区有好的光吸收;有稳定也即是长寿命的激发态存在;,11,足够负的激发态氧化还原势以使电子注入半导体导带,并且基态氧化还原势尽可能正;满足初级和次级电子转移过程中能量损失最小的要求。 2.有机太阳能电池的材料分类 有机太阳能电池材料种类繁多,可大体分为四类:小分子太阳能电池材料、大分子太阳能电池材料、D-A体系材料和有机无机杂化体系材料。,12,有机小分子,常见的小分子结构,13,HBC-PhC12的结构图,14,有机大分子电池材料,一些富勒烯衍生物的结构图,15,一些PPV 衍生物的结构图,16,一些聚噻吩衍生物的结构图,17
7、,含氮共轭聚合物的结构图,18,D-A 体系,一些D-A 体系材料的结构图,19,六.展望 本文总结了目前有机太阳能电池材料的一些新发展。总的来说, 价廉、高效、能够大面积制备的太阳能电池材料一直是人们追求的目标。有机太阳能电池材料具有容易进行分子水平上的裁减和设计, 生产工艺简单, 可以制备大面积轻盈薄膜等优点, 如果能在光电转换性能上取得进一步的突破, 将有可能在生产实践中得到广泛应用, 其市场前景将十分巨大。从材料的角度讲, 目前需要做的是从廉价易得原料出发，,20,有针对性地设计合成一些化合物对光诱导电子转移过程和机制进行研究, 以指导材料的设计合成。同时还需要对现有的材料体系进行复合优化, 以取得最大效率。 现在， 有机太阳能商机和风险并存， 由于所需资金门槛低于硅太阳能， 作为前期投资也是一个低风险选择。毕竟在行业中占领先机对企业将来的发展也是一个很好的立足点， 何况有机太阳能是一个正在加快发展的有前景的产业， 效率必将赶上硅太阳能电池。,21,致 谢 我在本论文撰写过程中，有幸得到博学多才的老师的悉心指导和耐心的帮助，因而得以顺利的完成课题任务。通过这次课题论文设计，我对太阳能电池有很深刻的了解。通过大量阅读文献，使我从无到有,从简入深的了解了有机太阳能电池相关的一些知识。并从中得到了启迪。在此特别对孜孜不倦的李老师表示由衷的感谢！,22,谢谢！,
