非富勒烯受体ITIC及其改性材料的有机太阳能电池的器件物理研究
非富勒烯受体ITIC及其改性材料的有机太阳能电池的器件物理
研究
目前,电压损失成为进一步提高光伏性能的明显阻碍之一,因此本文利用变光强、变温以及电致发光等方法系统研究了电荷转移、能量无序度和电荷转移态（ECT）对于光电转换效率超过11%的高性能非富勒烯本体异质结太阳能电池的影响。并且通过系统的优化路线对另一种代表性的非富勒烯受体太阳能电池进行优化和性能提升,主要通过变光强和其表面形貌的变化来考察不同给受体比例和不同添加剂对器件的影响,并进行了系统研究。
（1）利用Voc随温度变化来探究太阳能电池器件的电压上限,通过实验证实了器件的Voc与能量无序有关。我们发现最优太阳能电池基于PBDB-T:IT-M与ITIC,PC71BM作为受体的器件相比,具有最低能量无序度。
确定的能量无序度可以调节不同能带器件的Voc,基于EQE和EL 光谱对能量的计算,我们发现PBDB-T:IT-M器件ΔVnonrad随ECT增加而减小,Voc辐射限制结合非辐射损失获得的数值和实验Voc数值相符。结论表明,传输和CTS的能量无序度最小化与是减少Voc损失改善器件性能的关键,通过精确调节BHJs的能量和传输性能,可以减少非辐射电压损失。
（2）基于聚合物给体PBDB-T和一种非富勒烯受体m-ITIC组合,制备本体异质结有机太阳能电池器件,并基于添加剂来调控电池的光伏性能和电荷复合,我们发现PBDB-T:m-ITIC体系和不同添加剂（DIO,CN,DPE和NMP）均表现出优异性能。通过进一步调节优化可获得光电转换效率超过11%的出色性能。
所有器件均存在一阶单分子复合以及不明显的双分子复合或者说空间电荷影响。因此,抑制Shockley-Read-Hall复合起到了关键的作用,通过转移缺陷可以进一步提高基于非富勒烯器件的性能。
高效非富勒烯聚合物太阳能电池的制备与性能优化
高效非富勒烯聚合物太阳能电池的制备与性能优化近年来,非富勒烯聚合物太阳能电池（NF-PSCs）成为国内外能源科学和材料领域的研究热点,这得益于非富勒烯受体材料尤其是n-型有机半导体材料（n-OS）的飞速的发展。目前,研究的焦点是如何进一步提高NF-PSCs的能量转换效率（PCE）,并实现工业化生产。 本论文主要围绕宽带隙氟取代聚合物给体材料（PM6）与窄带隙小分子非富勒烯受体材料共混制备高效率的NF-PSCs,探索器件的各性能参数与活性层材料 的特性和共混薄膜的微观形貌之间的相互关系,以及制备并探究了大面积、柔性NF-PSCs的光伏性能,取得的主要研究成果如下:1.以氟取代的宽带隙聚合物给 体材料PM6和小分子非富勒烯受体ITIC为研究对象,制备有机光伏器件并对器件性能进行研究。其中,PM6作为聚合物给体材料,具有较宽的光学带隙（1.8 eV）和较低的HOMO能级（-5.50 eV）,以及较强的结晶性和以Face on取向为主的分子结构。 经过器件优化,在DIO和热退火的协同作用下,基于PM6:ITIC的活性层获得了宽而强的光谱吸收,平衡的空穴/电子迁移率和良好的相分离尺寸,从而光伏器件获得了高达9.7%的能量转化效率;同时获得了高达1.04 V的Voc和16.0 mA cm-2的Jsc。值得注意的是,PM6和ITIC之间的HOMO能级差(ΔEHOMO)仅有0.10 eV,仍然可以获得高效的空穴传输;且能量损失(Eloss)低为0.51 eV。 9.7%的能量转换效率是基于Voc大于1 V且Eloss小于0.55 eV的非富勒烯聚合物太阳能电池中文献报道的最高值。2.为了进一步提高光伏器件的能量转化效率,我们使用结晶性更强的窄带隙非富勒烯受体
太阳能电池物理学习题答案
1.电子空穴对的产生以及复合：太阳能电池通过吸收光子提供一电子-空穴对的最小的激发能量Eg，把电子从价带碰撞进入导带，这样就产生了电子-空穴对。电子-空穴对能够在半导体中产生，也可以复合在半导体中消失。辐射复合是电子-空穴对产生的反过程（即一个电子从导带到价带中未被占领的状态跃迁，同时释放能量。 2.P_N结伏安特性曲线： 3.异质结：在电子和空穴的分离过程中，电子流向左方N型半导体，空穴流向右方P型半导体。此时，电子的电化学势能以及电子的费米能级朝右方衰减，此时，也存在着向错误方向的传输，即电子流向右方p型层，和空穴流向左方n 行层，于总电流相关的电科电流减少。而要解决这一问题需要一种结构。吸收半 导体位于中间，两侧分别拥有大的能隙，并且具有不同的电子亲和能。这种结构 叫做异质结。 4.非晶硅薄膜太阳能电池：一.优点：制作工艺简单，在制备非晶硅薄膜的同时就 能制作pin结构。可连续大面积自动化批量生产。非晶硅太阳能电池衬底材料可 以是玻璃，不锈钢等，因而成本低。可以设计成各种形式，利用集成型结构，可 获得更高的输出电压和光电转换效率。薄膜材料是用硅烷SiH4等的辉光放电分 解得到的，原材料价格低。缺点：初始光电转换效率较低，稳定性较差。二.a-Si 太阳能电池效率低的原因：1）a-Si材料的带隙较宽，实际可利用主要光谱域是 0.35-0.7Um波长，相对的较窄。2）电池开路电压与预期相差较大。迁移边存 在高密度的尾态。材料多缺陷，载流子扩散长度很短。3）a-Si材料隙态密度较高，载流子复合几率较大，二级管理向因子通常大于二，与n=1的理想情况相差较大。4）电池P区和N区的电阻率较高。TCO/p-a-si或者n-a-si接触电阻较高，甚至存在界面壁垒，带来附加的能量损失。 结构：非晶硅太阳能电池是以玻璃，不锈钢及特种塑料为衬底的电池，结构如图所示。为了焦山串联电阻，通常用激光器将TCO膜，非晶硅（a-Si）和铝电极膜分别切割成条状。非晶硅薄膜的制备：把硅烷(SiH4)等原料气体导入真空度保持在10～1000P 的反应室中，由于射频(RF) 电场的作用，产生辉光放电，原料气体被分解，在玻璃或者不锈钢等衬底上形成非晶硅薄膜材料。 5.影响太阳能转化效率的因素：能隙——半导体能隙在1eV到1.5eV之间对太阳能电池是适合的 6.光生伏打效应：当太阳光或其他光照射到太阳电池上的时候，电池吸收光能，产生电子-空穴对，在电池内建电场的作用下光生电子和空穴被分离，电池两端出现异号电荷的累积，即产生光生电压，这就是光生伏打效应。
非富勒烯有机太阳能电池能级排布研究
非富勒烯有机太阳能电池能级排布研究 太阳能电池是一种可以吸收太阳光转化成电能的功能器件,因而受到广泛的关注及研究,在传统能源储量日益减少的背景下,太阳能电池有望在将来可以有效的缓解能源危机。近十几年来,有机太阳能电池因其低成本,柔性,可卷对卷大面积生产以及材料容易合成的优点一直受到广大科研工作者的青睐。 尤其是近几年,一种小分子受体,俗称非富勒烯受体,搭配共轭聚合物给体构成的太阳能电池,器件效率提升地十分迅速,目前单节太阳能电池的效率已经达到13.1%,比富勒烯受体搭配聚合物给体的最好的效率值还要高。并且,由于非富勒烯受体的分子能级可以调整,未来有望继续刷新器件的效率值。 界面处能级排布对器件性能起着至关重要的作用,因为有很多研究都表明,给体的最高占据分子轨道（HOMO）和受体的最低未占据分子轨道（LUMO）之间的差值(Egap)决定了开路电压(Voc)的上限值。但是,我们必须意识到,传统的能级排布忽略了界面能的存在,而界面能的存在往往会对界面处能级排布产生影响,所以,准确地表征界面处的能级排布对于理解器件工作中的物理过程是必不可缺的。 在本论文的研究中,我们选取了几种常见的活性层材料,包括常见的三种聚合物给体:PBDB-T,PTB7,P3HT。并且选择了非富勒烯受体ITIC与传统的富勒烯受体PCBM进行对比,搭配这三种聚合物制备了平面型器件,并且制备了体异质结器件对比其开路电压。 由于体异质结太阳能电池中无序的能量会导致开路电压(Voc)的减小,所以,我们选取平面型器件的Voc值作为参考,用以研究开路电压与能级排布之间的联系。对于这几在种活性层材料,我们首先应该掌握它
太阳能电池板原理(DOC)
随着全球能源日趋紧张，太阳能成为新型能源得到了大力的开发，其中我们在生活中使用最多的就是太阳能电池了。太阳能电池是以半导体材料为主，利用光电材料吸收光能后发生光电转换，使它产生电流，那么太阳能电池的工作原理是怎么样的呢？太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光，当然有一些变成热，另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子—空穴对。这样，光能就以产生电子—空穴对的形式转变为电能。 一、太阳能电池的物理基础 当太阳光照射ｐ－ｎ结时，在半导体内的电子由于获得了光能而释放电子，相应地便产生了电子——空穴对，并在势垒电场的作用下，电子被驱向型区，空穴被驱向Ｐ型区，从而使凡区有过剩的电子，Ｐ区有过剩的空穴。于是，就在ｐ－ｎ结的附近形成了与势垒电场方向相反的光生电场。 如果半导体内存在P—N结，则在P型和N型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向N区，空穴驱向P区，从而使得N区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在P—N结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。
制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种，因此太阳电池的种类也很多。目前，技术最成熟，并具有商业价值的太阳电池要算硅太阳电池。下面我们以硅太阳能电池为例，详细介绍太阳能电池的工作原理。 1、本征半导体 物质的导电性能决定于原子结构。导体一般为低价元素，它们的最外层电子极易挣脱原子核的束缚成为自由电子，在外电场的作用下产生定向移动，形成电流。高价元素（如惰性气体）或高分子物质（如橡胶），它们的最外层电子受原子核束缚力很强，很难成为自由电子，所以导电性极差，成为绝缘体。常用的半导体材料硅（Si）和锗（Ge）均为四价元素，它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚的那么紧，因而其导电性介于二者之间。 将纯净的半导体经过一定的工艺过程制成单晶体，即为本征半导体。晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，相邻的原子形成共价键。
【精选】沪科版物理高二上7C《能的转化的方向性 能源开发》 D 太阳能的利用 教案-物理知识点总结
第七章 C 能的转化的方向性能源开发 D 太阳能的利用 （2课时） 知识和技能 1. 知道能的转化具有方向性； 2. 知道开发利用新能源的必要性与可行性； 3. 了解太阳能利用的原理与现状。 过程和方法 1、通过问题讨论经历有关能量转化方向性的认知过程。 2、通过对常规能源与新能源的分类和比较，提高分析问题的能力。 情感、态度和价值观 建立珍惜能源，努力开发新能源的思想，树立自觉学习科学技术的决心。 一、能的转化具有方向性 1、大家谈------生活中的“不可逆过程” 水往低处流、覆水难收、破镜不能重圆、人死不能复生、光阴似箭等。 热传递、摩擦生热、气体自由膨胀是物理学中典型的不可逆过程。 汽油机的效率为20 %~30%等说明机械能和内能的转化过程具有方向性：机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化成机械能。 2、热力学第二定律：不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其他变化。 自然界中任何的过程都不可能自动地复原，要使系统从终态回到初态必需借助外界的作用，由此可见，热力学系统所进行的不可逆过程的初态和终态之间有着重大的差异，这种差异决定了过程的方向，（详见[附]） 3、能量的耗散与退化 二、能源开发 1、能源及分类 （a）常规能源与新能源 像煤、石油、天然气等矿产燃料以及水能资源，是目前人类广泛应用的能源，在技术上也比较成熟，我们称之为常规能源。 人类正在积极研制或很有利用前途的其他能源（核能、太阳能、潮汐、地热、生物能等）称之为新能源。 （b）可再生能源和不可再生能源 可再生能源是清洁能源，是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源，它对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。 （c）一次能源和二次能源 由一次能源经过加工转换以后得到的能源产品，称为二次能源，例如：电力、蒸汽、煤气、汽油、柴油、重油、液化石油气、酒精、沼气、氢气和焦炭等等。 三、主要新能源介绍 1.核能 2.风能：荷兰风车，风力发电装置。 陆地上能够利用风能的地方，主要是在常年风力较强的沿海和内陆高原。我国一些高原牧区和海岛已利用风力发电，满足照明、看电视等用电需要。 3.生物能：沼气池。 沼气池原理是利用植物体或粪便，经密封发酵后产生出可燃气体。在农村特别适用。 4.可燃冰
太阳能电池的工作原理
太阳电池吸收太阳光就能产生一般电池的功能。但是和传统的电池不一样，传统电池的输出电压和最大输出功率是固定的，而太阳电池的输出电压、电流，功率则是和光照条件及负载的工作点关。正因如此，要应用太阳电池来产生电力，必须了解太阳电池的电流-电压关系，及工作原理。 太阳光的频谱照度： 太阳电池的能量来源是太阳光，因此入射太阳光的强度(intensity)与频谱 (spectrum)就决定了太阳电池输出的电流与电压。我们知道，物体置放于于阳光下，其接受太阳光有二种形式，一为直接（direct)接受阳光，另一为经过地表其它物体散射后的散射（diffuse)阳光。一般情况下，直接入射光约占太阳电池接受光的80%。因此，我们下面的讨论也以直接着实阳光为主。 太阳光的强度与频谱，可以用频谱照度（spectrum irradiance)来表达，也就是单位面积单位波长的光照功率(W/㎡um)。而太阳光的强度（W/㎡),则是频谱照度的所有波长之总和。太阳光的频谱照度则和测量的位置与太阳相对于地表的角度有关，这是因为太阳光到达地表前，会经过大气层的吸收与散射。位置与角度这二项因素，一般就用所谓的空气质量（air mass, AM)来表示。对太阳光照度而言，AMO是指在外太空中，太阳正射的情况，其光强度约为1353 W/㎡,约等同于温度5800K的黑体辐射产生的光源。AMI是指在地表上，太阳正射的情况，光强度约为925 W/m2〇 AMI.5足指在地表上，太阳以45度角入射的情况，光强度约为844 W/㎡。一般也使用AM 1.5来代表地表上太阳光的平均照度。 太阳电池的电路模型： 一个太阳电池没有光照时，它的特性就是一个p-n结二极管。而一个理想的二极管其电流-电压关系可表为 其中I代表电流，V代表电压，Is是饱和电流，和VT=KBT/q0, 其中KB代表BoItzmann常数，q0是单位电量，T是温度。在室温下，VT=0.026v。需注意的是，P-n二极管电流的方向是定义在器件内从P型流向n型，而电压的正负值，则是定义为P 型端电势减去n型端电势。因此若遵循此定义，太阳电池工作时，其电压值为正，电流值为负，I-V曲线在第四象限。这里必须提醒读者的是，所谓的理想二极管是建立在许多物理条件上，而'实际的二极管自然会有一些非理想（nonideal)的因素影响器件的电流-电压关系，例如产生-复合电流，这里我们不多做讨论。 当太阳电池受到光照时，p-n二极管内就会有光电流。因为p-n结的内建电场方向是从n型指向p型，光子被吸收产生的电子-空穴对，电子会往n型端跑，而空穴会往p型端跑，则电子和空穴二者形成的光电流会由n型流到p 型。一般二极管的正电流方向是定义为由p型流到n型。这样，相对于理想二极管，太阳电池光照时产生的光电流乃一负向电流。而太阳电池的电流-电压关系就是理想二极管加上一个负向的光电流IL，其大小为： 也就是说，没有光照的情况，IL=0,太阳电池就是一个普通的二极管。当太阳电池短路时，也就是V=0,其短路电流则为Isc=-IL.也就是说当太阳电池短路，短路电流就是入射光产生光电流。若太阳电池开路，也就是你I=0，其开路电压则为:
非富勒烯受体ITIC及其改性材料的有机太阳能电池的器件物理研究
非富勒烯受体ITIC及其改性材料的有机太阳能电池的器件物理 研究 目前,电压损失成为进一步提高光伏性能的明显阻碍之一,因此本文利用变光强、变温以及电致发光等方法系统研究了电荷转移、能量无序度和电荷转移态（ECT）对于光电转换效率超过11%的高性能非富勒烯本体异质结太阳能电池的影响。并且通过系统的优化路线对另一种代表性的非富勒烯受体太阳能电池进行优化和性能提升,主要通过变光强和其表面形貌的变化来考察不同给受体比例和不同添加剂对器件的影响,并进行了系统研究。 （1）利用Voc随温度变化来探究太阳能电池器件的电压上限,通过实验证实了器件的Voc与能量无序有关。我们发现最优太阳能电池基于PBDB-T:IT-M与ITIC,PC71BM作为受体的器件相比,具有最低能量无序度。 确定的能量无序度可以调节不同能带器件的Voc,基于EQE和EL 光谱对能量的计算,我们发现PBDB-T:IT-M器件ΔVnonrad随ECT增加而减小,Voc辐射限制结合非辐射损失获得的数值和实验Voc数值相符。结论表明,传输和CTS的能量无序度最小化与是减少Voc损失改善器件性能的关键,通过精确调节BHJs的能量和传输性能,可以减少非辐射电压损失。 （2）基于聚合物给体PBDB-T和一种非富勒烯受体m-ITIC组合,制备本体异质结有机太阳能电池器件,并基于添加剂来调控电池的光伏性能和电荷复合,我们发现PBDB-T:m-ITIC体系和不同添加剂（DIO,CN,DPE和NMP）均表现出优异性能。通过进一步调节优化可获得光电转换效率超过11%的出色性能。
太阳能光伏电池的设计与制作
河南工程学院 《光伏材料设计》 实习实训报告书 太阳能光伏电池的设计与制作2016 -2017学年第二学期 学院：赵博 学生姓名：理学院 学号：201411004215 学生班级：应用物理1442 指导教师：牛金钟赵瑞锋 日期：2017 年6 月14日
摘要：太阳能光伏电池的设计与制造是我们本专业的最主要内容之一，本次实训的目的是让我们更加深刻了解太阳能光伏电池的发电原理，了解太阳能电池组件的生产流程和生产工艺，了解太阳能光伏电池的应用，并且制作一件太阳能光伏电池板。本文主要讲的是本次的太阳能光伏太阳能电池制作过程，包括选择制作材料，电池板的设计，焊接太阳能电池片，组装太阳能电池，以及对电池组件进行测试。 关键词：电池组件设计组装测试
目录 一、简介 (1) 二、材料及其性质 (1) 1.黏结剂 (1) 2.玻璃-上盖板材料 (1) 3.背面材料 (1) 4.边框 (1) 5.接线盒 (2) 6.硅胶 (2) 7.电池片 (2) 三、设计原理及组装 (2) 1.设计原理 (2) 2.太阳能电池组件设计 (3) 3.电池组件的制作 (3)
一、简介 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。通常采用硅半导体 二、材料及其性质 真空层压封装太阳能电池，主要使用的材料有黏结剂、玻璃、复合模、连接条、铝框等。合理地选用封装材料和采取正确的封装工艺能保证太阳能电池的高效利用并延长使用寿命。优良的太阳能电池组件，除了要求太阳能电池本身效率高外，优良的封装材料和合理的封装工艺也是不可缺少的。 1.黏结剂 黏结剂是固定和保证电池与上、下盖板密合的关键材料，要求可见光范围内具有高透光性，抗紫外线老化；具有一定弹性，可缓冲不同材料见的热胀冷缩；具有良好的电绝缘性能和化学稳定性，不产生有害电池的气体和液体；具有优良的气密性，适用于自动化的组件封装。本次实训中采用的是EVA膜。 2.玻璃-上盖板材料 玻璃是覆盖在电池板正面的上盖板材料，构成组件最外层，既要求透光高，又要坚固，耐风霜雨雪，经受沙砾冰雹冲击，起到长期保护电池作用。 普通玻璃体内含铁量过高及玻璃表面的光反射过大是降低太阳能利用率的主要原因。目前在商业化生产中标准太阳能电池组件的上盖板材料通常采用低铁钢化玻璃，其特点是：透光率高、抗冲击能力强、使用寿命长。厚度一般为3.2mm，透光率达90%以上，对于波长大于1200nm的红外线有较高的反射率，同时能耐太阳紫外线的辐射。 3.背面材料 组件底板对电池既有保护作用又有支撑作用。对底板的一般要求为：具有良好的耐气候性能，能隔绝从背面进来的潮气和其他有害气体：在层压温度下不起任何变化：与黏结材料结合牢固。一般所用的底板材料为玻璃、铝合金、有机玻璃以及PVF复合膜等。目前生产上较多应用的是PVF复合膜。 4.边框 平板式组件应有边框，以保护组件和便于组件与方阵支架的连接固定。边框
2015.11太阳能受体材料详解
受体材料读书报告 体异质结太阳能电池有低成本、轻质、柔性和可溶液加工的特点。近些年通过开发高空穴迁移率、协调的能级结构和良好波谱吸收的给体材料，单层和叠层太阳能电池光电转换效率均达到10%。在体异质结太阳能电池中受体材料与给体材料有着一样的重要性，然而受体材料的研究远落后于给体材料。目前富勒烯及其衍生物因其在混合膜中高电子迁移率、良好的电子捕捉能力和各向同性的电荷传输性能被广泛作为受体材料应用。但富勒烯及其衍生物低的可见光吸收能力、局限的能级结构和制作纯化的高成本一定程度上制约了以富勒烯为受体材料的体异质结太阳能电池发展。而非富勒烯受体材料分子结构容易设计修饰，可以调节能级结构和提高自身电子迁移率，因此进一步发展非富勒烯受体材料仍有必要。 1.1调节受体分子侧基 Zhan等在2015年报道了高效非富勒烯小分子受体的结构（见下图）。受体分子中三苯胺（TPA）结构中的N原子采用的是SP3杂化，N原子上孤电子对相当于第四个基团，同时因为每条臂都具有相当的刚性和空间位阻，受体分子结构如图螺旋桨结构一般。文献中以P3HT 为给体材料（HOMO-4.76eV、LUMO-2.74eV），星型S(TPA–DPP)为受体材料（HOMO-5.26eV、LUMO-3.26eV），电池的开路电压为1.18V，短路电流2.68mA*cm-2，PCE为1.20%。其中开路电压高达1.18V这是因为S(TPA–DPP)的LUMO能级与P3HT的HOMO能级差值为1.5 eV。文献中采取了退火操作，退火后P3HT的结晶尺寸适当程度增大，表面粗糙程度增加，退火操作增加了电荷传输性能，IPCE明显提高。从薄膜和溶液中紫外-可见光吸收谱图得出，该扭曲的螺旋桨结构受体分子在薄膜中没有产生大的聚集状态。文中退火操作适当的提高了相分离尺寸，从而提高了Jsc和IPCE。
太阳能电池基本特性测定实验
太阳能电池基本特性测定实验 太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。 太阳能电池根据所用材料的不同，可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池四大类，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。 硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。 单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为23%,规模生产时的效率为15%。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。 多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。 非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。 太阳能的利用和太阳能电池的特性研究是21 世纪的热门课题，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。我们开设此太阳能电池的特性研究实验，通过实验了解太阳能电池的电学性质和光学性质，并对两种性质进行测量。该实验作为一个综合设计性的物理实验，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值。 【实验目的】 1. 无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线； 2. 有光照时，测量电池在不同负载电阻下，I 对U 变化关系，画出U I 曲线图；并测量太阳能电池的短路电流SC I 、开路电压OC U 、最大输出功率max P 及填充因子FF ； 3. 测量太阳能电池的短路电流SC I 、开路电压OC U 与光照度L 的关系，求出它们的近似函数关系。 【实验仪器】 白炽灯源、太阳能电池板、光照度计、电压表、电流表、滑线变阻器、稳压电源、单刀开关 连接导线若干
探究影响太阳能电池电压的因素
探究影響太陽能電池電壓的因素G608 摘要 本實驗製作出來的染料敏化太陽能電池，真的能發電。照度到4000Lux 的時候，太陽能電池的電壓最強；到達5000Lux的時候，電壓沒有增強，也沒有明顯的減弱，電壓幾乎一樣。沒有加染料的太陽能電池電壓很低，染料是甲基藍的電壓最高。甲基藍對水濃度為１：４０的染料敏化太陽能電池，所產生的電壓最高，濃度最高和最低的染料敏化太陽能電池，測出的電壓都不高。 壹、研究動機 我們日常生活最重要的能源就是電，無時無刻離不開電，電力讓我們生活舒適便利；然而，由於地球上的各項能源日益短缺，全球氣候變遷、空氣污染、地球暖化；因此，節能減碳與找尋乾淨能源，便成了大家最重要的課題。 能源分為好幾種，火力發電會造成空氣污染，核能發電可能會有輻射外露，太陽能是最無污染的能源、又可以使用最長久的能源，所以我打算從太陽能電池著手。 貳、研究目的 一、製作出染料敏化太陽能電池 二、用甲基藍當染料，不同照度對染料敏化太陽能電池產生之電壓之影響 三、用紅汞液當染料，不同照度對染料敏化太陽能電池產生之電壓之影響 四、不同顏色的染料對二氧化鈦敏化之影響 五、不同濃度的染料對太陽能電池產生電壓之影響 參、文獻探討 一、太陽能電池介紹 １.矽晶元太陽能電池 分為單晶矽及多晶矽，目前為研究成熟並商業量產，轉換效率達20％以上，唯因需要高度純化的矽半導體，故成本仍然很高。 ２.非晶矽太陽能電池 此類光電池是發展最完整的薄膜式太陽能電池，惟在光點使用後短時間內性能會大幅衰退，其光電轉換效率較低，商業模組僅４～８％。 ３.染料敏化太陽能電池 1991年瑞士科學家Ｍ.Graetzel發明「染料敏化太陽能電池」，以便
高效三元非富勒烯有机太阳能电池的研究
高效三元非富勒烯有机太阳能电池的研究有机太阳能电池（OSCs）具备低成本、质量轻、可柔性、易于大规模生产等特点,是具有重大产业前景的新一代绿色能源技术。非富勒烯材料合成路径简单,分子能级可调性强,基于非富勒烯受体的OSCs近年来备受关注。 然而,目前主流的非富勒烯普遍存在薄膜形貌难以调控、载流子迁移率低等缺陷。三元策略能有效拓宽活性层吸收光谱范围,提升器件的短路电流密度 (JSC)和填充因子（FF）。 但是三元器件的研究中存在着光电转化效率（PCE）较低、稳定性差等问题。针对以上问题,本论文基于经典的非富勒烯体系PTB7-Th:ITIC,采用三元策略来优化器件的性能,得到了高效率高稳定性的三元非富勒烯器件。 主要内容如下:1.在PTB7-Th:ITIC体系中引入了一种基于菲并咪唑的小分子材料TPPI-TPE,实现了高效率的三元非富勒烯器件。当掺杂比例为10 wt%时,与二元器件相比,三元器件的FF从57.88%提升到65.63%,PCE从7.88%提升到9.50%,提升幅度超过20%。 研究表明,TPPI-TPE与二元主体系的吸收光谱互补,引入可以增强共混膜的光吸收,更重要的是TPPI-TPE可以促进聚合物给体的结晶,增强其π-π堆叠强度,对活性层的形貌起到了调控作用,激子解离和电荷传输同时得到了改善。2.在此基础上,向PTB7-Th:ITIC体系中引入染料分子香豆素7（C7）,实现了高性能三元非富勒烯器件,并详细研究了第三组分与主体系的分子间相互作用对性能造成的影响。 当C7掺杂比例为10 wt%时,三元器件JSC从14.87 mA/cm2提升为18.36 mA/cm2,获得了10.16%的PCE,较
化学所在氯取代有机光伏材料设计方面取得系列进展
化学所在氯取代有机光伏材料设计方面取得系列进展 有机光伏（OPV）电池是一项具有重大应用前景的绿色能源技术。近年来，得益于新材料的发展，OPV电池的光伏效率取得了大幅提升，表现出巨大的实际应用潜力。面向OPV 技术产业化，提升材料光伏性能的同时，必须注重对合成成本的控制。在材料设计中，引入卤原子是最常见且有效改善光谱、能级以及聚集形貌等基本特性的分子设计方法。目前，众多高效率给、受体材料的制备过程大多包含步骤冗长、产率较低且成本高昂的氟化过程，严重制约了有机光伏材料的大批量制备研发进程。 在北京分子科学国家研究中心、国家自然科学基金委和科技部的支持下，中国科学院化学研究所高分子物理与化学实验室侯剑辉课题组采取氯化方法设计高性能有机光伏材料，取得了系列进展。聚合物给体方面，该课题组与北京科技大学副教授张少青合作，将苯并二噻吩（BDT）类聚合物PBDB-TF中的氟原子替换为氯原子，不仅大幅缩短了合成步骤，而且材料在电池器件中也表现出更高的光伏效率（Adv. Mater. 2018, 30, e1800868）；非富勒烯受体方面，该课题组通过引入二氯氰基茚二酮作为端基，显著地增强了分子内电荷转移效应，拓宽了材料的吸收范围，相应材料在各类型电池中都获得了优异的性能（Adv. Mater. 2017, 29, 1703080; Sci. China Chem. 2018, 61, 1328-1337; Adv. Mater. 2018, 30, 1800613; Nat. Commun. 2019, 10, 2515）。近期，该课题组系统总结了有机光伏材料的氯取代修饰方法，深入探讨了相关的分子设计及光伏特征，相关内容发表在Acc. Chem. Res. 2020, 53, 4, 822-832，论文第一作者为副研究员姚惠峰，通讯作者是研究员侯剑辉。 在最近的工作中，该课题组通过细致地优化近期出现的明星受体分子Y6，通过氯化的方式制备了新的受体BTP-eC9；该方法提升了分子排列有序性，促进了电荷传输，在单节电池中获得了最高17.8%的光伏效率，并得到了国家计量研究院的认证（17.3%），证明了氯取代修饰方法在高性能有机光伏材料设计中的重要作用。国家纳米科学中心魏志祥课题组和瑞典林雪平大学高峰课题组提供了材料形貌表征及器件物理相关的支持。相关研究工作发表在近期的Advanced Materials上，通讯作者是姚惠峰，第一作者是崔勇。
太阳能电池特性测量实验
本科学生实验报告 学号姓名 学院物电学院专业、班级12级光电子班实验课程名称太阳能电池特性测量实验 教师及职称 开课学期2014 至2015 学年下学期 填报时间2015 年 3 月25 日云南师范大学教务处编印
一、实验设计方案 实验序号 实验室 同析3栋318 实验时间 3月30日 小组成员 实验名称 太阳能电池特性测量实验 1． 实验目的 1、了解太阳能电池的工作原理和使用方法； 2、掌握开路电压和短路电流及与相对光强的函数关系的测试方法； 3、掌握太阳能电池特性及其测试方法。 2． 实验原理、实验流程或装置示意图 太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收的光子的能量转化为电能。在没有光照时，可将太阳能电池视为一个二极管，其正向偏压U 与通过的电流I 的关系为： ? ?? ? ??-=10nKT qU e I I 其中0I 是二极管的反向饱和电流，n 是理想二极管参数，理论值为1。K 是玻尔兹曼常量，q 为电子的电荷量，T 为热力学温度。 由半导体理论知，二极管主要是由如图1-1所示的能隙为V C E E -的半导体所构成。C E 为半导体导电带，V E 为半导体价电带。当入射光子能量大于能隙时，光子被半导体所吸收，并产生电子-空穴对。电子-空穴对受到二极管内电场的影响而产生光生电动势，这一现象称 为光伏效应。 电子 空穴 能隙 光子 导带 价带 图1-1 光电流示意图 太阳能电池的基本技术参数除短路电流SC I 和开路电压OC U 外，还有最大输出功率 max P 和填充因子FF 。最大输出功率max P 也就是IU 的最大值。填充因子FF 定义为： OC SC U I P FF max = FF 是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。FF 值越大，说明太阳能电池对光的 利用率越高。
高效非富勒烯受体材料的设计合成及性质研究
高效非富勒烯受体材料的设计合成及性质研究本论文分别从末端受体单元与中间给体单元间的连接单元和末端受体单元两个方面分别对本组已报道的优秀小分子受体材料的化学结构进行细微调控,设计并合成了四个高效的“受体-给体-受体”（A-D-A）型非富勒烯受体材料。并对这些化合物的化学结构、热稳定性、光学吸收性质、电化学性质、作为受体材料的有机光伏器件性能,以及活性层形貌做了系统的研究。 两部分的摘要如下:一、以FDICTF（F-H）受体分子为基础,通过在末端基团双氰基茚满二酮上引入卤素原子（F,Cl和Br）,设计合成了三个新的非富勒烯受体分子。相对于受体分子F-H,三个分子表现了红移的紫外可见吸收光谱,增强的结晶性以及电荷迁移率。 引入卤素后,给受体混合膜中出现了更倾向于face-on的堆积方式,这种堆积方式有利于双分子复合的减弱以及电荷的传输与收集,从而获得较高的短路电流密度以及填充因子。当采用PBDB-T作为给体材料制备器件,分别获得了 10.85%,11.47%和12.05%的能量转换效率（Power Conversion Efficiencies,PCE）,明显高于相同条件下的基于F-H的器件的能量转换效率9.59%。 是同时期文献报道的基于非富勒烯受体的单层有机太阳能电池的最高值之一。二、设计合成了以非富勒烯受体分子F-H的核作为中间给体单元D,以双氟取代的双氰基茚满二酮为末端受体单元A,以噻吩并噻吩甲酸异辛基酯为D-A间连接单元Q的小分子受体材料F-TT-2F。 噻吩并噻吩甲酸异辛基酯的引入增加了醌式共振效应,双氟取代的双氰基茚满二酮的强拉电子作用使得分子的能级也有所降低,吸收光谱明显红移。当采用
太阳能电池概念及术语
太阳能电池详细 总论 1)太阳能电池分类 1)硅(单晶硅,多晶硅,非晶硅)太阳电池 2)薄膜太阳电池 3)化合物太阳电池 4)有机半导体太阳电池 太阳能电池发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。 从工业化发展来看，重心已由单晶向多晶方向发展，主要原因为； [1] 可供应太阳电池的头尾料愈来愈少； [2] 对太阳电池来讲，方形基片更合算，通过浇铸法和直接凝固法所获得的多晶硅 可直接获得方形材料； [3] 多晶硅的生产工艺不断取得进展，全自动浇铸(cast)炉每生产周期（50小时）可生产200公斤以上的硅锭，晶粒的尺寸达到厘米级； [4] 由于近十年单晶硅工艺的研究与发展很快，其中工艺也被应用于多晶硅电池的生产。 2)硅太阳电池片构造 3)硅太阳电池片工艺 1)硅片清洗制绒(texturing-织纹状态) 2 )扩散制PN结(diffusion)
3) 蚀刻(plasma etching) 4) 除去磷硅玻璃(PSG-phosphor silicate glass- remove) 5) 减反射膜SiN沉积(PECVD) 6) Screen print(形成金属接触) 7) 烧结（dryer/sintering） 8) 检测分类（testing/sorting） 太阳电池术语 1)太阳电池行业术语 2)薄膜电池材料术语 3)常用符号 4)太阳能电池组件术语 5)光伏发电术语 太阳电池行业英语术语 A A, Ampere的缩写, 安培 a-Si: H, amorphous silicon的缩写, 含氢的, 非结晶性硅. Absorption, 吸收. Absorption of the photons:光吸收;当能量大于禁带宽度的光子入射时，太阳电池内的电子能量从价带迁到导带，产生电子——空穴对的作用，称为光吸收。 Absorptions coefficient, 吸收系数, 吸收强度. AC, 交流电. Ah, 安培小时. Acceptor, 接收者, 在半导体中可以接收一个电子.
太阳能光伏电池测试与分析
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 近代光学创新实验 实验名称：太阳能光伏电池测试与分析院系： 专业： 姓名： 学号： 指导教师： 实验时间： 哈尔滨工业大学
一、实验目的 1、了解pn结基本结构和工作原理； 2、了解太阳能电池的基本结构，理解工作原理； 3、掌握pn结的IV特性及IV特性对温度的依赖关系； 4、掌握太阳能电池基本特性参数测试原理与方法，理解光源强度、波长、环境温度等因素对太阳能 电池特性的影响； 5、通过分析PN结、太阳能电池基本特性参数测试数据，进一步熟悉实验数据分析与处理的方法，分 析实验数据与理论结果间存在差异的原因。 二、实验原理 1、光生伏特效应 半导体材料是一类特殊的材料，从宏观电学性质上说它们导电能力在导体和绝缘体之间，导电能力随外界环境（如温度、光照等）发生剧烈的变化。半导体材料具有负的带电阻温度系数。从材料结构特点说，这类材料具有半满导带、价带和半满带隙，温度、光照等因素可以使价带电子跃迁到导带，改变材料的电学性质。通常情况下，都需要对半导体材料进行必要的掺杂处理，调整它们的电学特性，以便制作出性能更稳定、灵敏度更高、功耗更低的电子器件。基于半导体材料电子器件的核心结构通常是pn结，pn结简单说就是p型半导体和n型半导体的基础区域，太阳能电池本质上就是pn结。 常见的太阳能电池从结构上说是一种浅结深、大面积的pn结，如图1所示，它的工作原理的核心是光生伏特效应。光生伏特效应是半导体材料的一种通性。当光照射到一块非均匀半导体上时，由于内建电场的作用，在半导体材料内部会产生电动势。如果构成适当的回路就会产生电流。这种电流叫做光生电流，这种内建电场引起的光电效应就是光生伏特效应。 非均匀半导体就是指材料内部杂质分布不均匀的半导体。pn结是典型的一个例子。N型半导体材料和p型半导体材料接触形成pn结。pn结根据制备方法、杂质在体内分布特征等有不同的分类。制备方法有合金法、扩散法、生长法、离子注入法等等。杂质分布可能是线性分布的，也可能是存在突变的，pn结的杂质分布特征通常是与制备方法相联系的。不同的制备方法导致不同的杂质分布特征。
面向非富勒烯型有机光伏电池的聚合物给体材料设计
物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao) December Acta Phys. -Chim. Sin.2017,33 (12), 2327?2338 2327 [Feature Article] doi: 10.3866/PKU.WHXB201706161 https://www.360docs.net/doc/3414748746.html, 面向非富勒烯型有机光伏电池的聚合物给体材料设计 张少青1,2侯剑辉2,* (1北京科技大学化学与生物工程学院，北京 100083； 2中国科学院化学研究所，北京分子科学国家实验室，高分子物理与化学实验室，北京 100190) 摘要：可溶液加工的有机光伏电池(OPV)是一种具有重要应用潜力的新型光伏技术。在OPV技术的发展过程 中，富勒烯衍生物作为电子受体材料占据了相当长时间的统治地位，因此聚合物给体材料设计中对如何与富 勒烯受体材料相互匹配考虑较多。最近几年来，基于聚合物给体和非富勒烯有机受体的OPV电池，简称为 非富勒烯型NF-OPV，得到了十分快速的发展。在此类电池中，聚合物电子给体和非富勒烯型电子受体材料 均起到了十分重要的作用。相比于较为经典的富勒烯型OPV，NF-OPV对聚合物给体的光电特性和聚集态结 构提出了新的要求。因此，本文针对NF-OPV的特点，重点介绍NF-OPV对聚合物给体材料的吸收光谱、分 子能级以及聚集态结构等特征的新要求，总结最近几年来的相关进展，并在此基础上进一步讨论聚合物电子 给体材料面临的挑战和展望。 关键词：有机太阳能电池；共轭聚合物；分子设计；非富勒烯受体；光伏效率 中图分类号：O646 Rational Design Strategies for Polymer Donors for Applications in Non-Fullerene Organic Photovoltaic Cells ZHANG Shao-Qing1,2 HOU Jian-Hui2,* (1School of Chemistry and Biology Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, P. R. China; 2State Key Laboratory of Polymer Physics and Chemistry, Beijing National Laboratory for Molecular Sciences, Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, P. R. China) Abstract: Solution-processable organic photovoltaic cells (OPVs) have attracted considerable interest. Over the past twenty years, fullerene and its derivatives have been predominately used as the electron acceptor materials to fabricate OPV devices. In recent few years, non-fullerene organic photovoltaic cells (NF-OPVs), consisting of polymers as the donors and the non-fullerene (NF) materials as the acceptors, have been developed rapidly, and the highest power conversion efficiencies of NF-OPVs exceed those of fullerene-based OPVs. In these NF-OPVs, both polymeric donor materials and NF acceptors play critical roles in achieving outstanding efficiencies, and hence, the molecular design of the polymer donors has been deemed a very important topic of research in the field. In this review, we will present an introduction of the specific requirements for polymer donors in NF-OPVs and summarize the recent progress related to polymer donors for the applications in highly efficient NF-OPVs. Key Words: Organic photovoltaic cells; Conjugated polymer; Molecular design; Non-fullerene Received: May 29, 2017; Revised: June 11, 2017; Published online: June 16, 2017. *Corresponding author. Email: hjhzlz@https://www.360docs.net/doc/3414748746.html,; Tel: +86-10-82615900. The project was supported by National Nature Science Foundation of China (91333204, 21325419, 51673201) and the Chinese Academy of Sciences (XDB12030200). 国家自然科学基金委(91333204, 21325419, 51673201)和中国科学院战略性B类先导科技专项(XDB12030200) ? Editorial office of Acta Physico-Chimica Sinica