聚合物太阳能电池用富勒烯电子受体材料的设计

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摘要

聚合物太阳能电池因其制作工艺简单、成本低、重量轻和柔性好等优点而备受人们的关注。近年来，聚合物太阳能电池取得较快的发展，其中，光伏材料的研究进展起着至关重要的作用，尤其是给体材料的发展带动了聚合物太阳能电池较快的发展。目前，人们主要致力于给体材料的优化，而对受体材料的研究却比较少，以至于目前使用得最普遍的电子受体材料仍然是[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC60 BM)和与其对应的C70衍生物PC 70 BM。然而，P C60 BM 和PC 70 BM 存在一些缺点，比如，与常见的给体材料相比，它们的LUMO 轨道相对较低；还有，它们在可见区的吸收较弱。因此，设计和合成出具有高的LUMO轨道和在可见区具有较强吸收的新型富勒烯衍生物是非常重要的。

关键词：聚合物太阳能电池富勒烯电子受体

Abstract

Polymer solar cells have attracted great attention due to their advantages of easy fabrication，low cost，lightness and flexibility．Materials development has played a vital role in the dramatic improvement of polymer solar cells performance in recent years，and this is driven primarily by the advancement of conjugated polymer donormaterials．While most material development efforts have been dedicated to optimizing the donor materials，significantly less attention has been placed on acceptor materials which to date remain dominated by fullerene derivatives[6, 6]-phenyl-C61-butyric acid methyl

ester(PC60BM)and itscorresponding C 70 derivative P C 70BM．However,PC60BM and P C BM have some drawbacks such asrelatively low LUMO energy levels compared with

those of common donors and weak visible absorption．So，it is very important to design and synthesize new fullerene derivatives with up。Shifted LUMO energy levels and strong visible absorption for polymer solar cells．

Keywords：Polymer solar cells；Fullerene；ElectronAcceptor.

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摘要 (1)

Abstract (1)

目录 (2)

第1章绪论 (3)

1.1引言 (3)

1.2聚合物太阳能电池的基本原理 (3)

1.3富勒烯衍生物受体材料 (4)

1.4基于PCBM 结构的富勒烯受体材料 (5)

第2章设计部分 (7)

2.1 目标分子设计 (7)

2. 2分子轨道能级计算 (8)

第3章结论 (12)

第4章总结与体会 (13)

第5章谢词 (13)

参考文献 (13)

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第1章绪论

1.1引言

目前，最有效的提高富勒烯的LUMO轨道的方法是对富勒烯进行多加成反应。例如，PCBM的二加成产物(bisPCBM)的LUMO轨道比PCBM高0．1ev左右，因此，基于P3HT：bisPCBM的电池的开路电压比P3HT：PCBM电池要高。

李永舫等人[1]合成出来的C60双加成产物(ICBA)，其LUMO轨道比PCBM高0．17 eV。基于P3HT：ICBA的太阳能电池的能量转换效率可达5．44％，开路电压高达O．84 V(通过优化之后能量转化效率可达6.48％。为了研究富勒烯[2+2]环加成产物对光伏性能的影响，我们合成了苯炔和C60进行[2+2]环加成的产物：苯炔-C60二加成产物(BCBA)，并研究了它的结构与光伏性能的关系。

1.2聚合物太阳能电池的基本原理

聚合物太阳能电池的工作原理不同于无机太阳能电池, 共轭聚合物吸收光子以后并不直接产生可以自由移动的电子(electron)和空穴(hole), 而是产生具有正负偶极的电子空穴对(激子). 只有当这些激子被解离成可以自由移动的电荷载流子, 并被相应的电极收集以后才能产生光伏效应. 如图1.1所示, 聚合物太阳能电池的工作原理包括: (1) 活性层光伏材料吸收光子产生电子空穴对(激子), 这就要求材料对太阳光具有较好的吸收性质; (2) 激子扩散至给体:受体界面. 激子在扩散途中容易发生复合, 通过发光、弛豫等方式重新回到基态, 只有到达界面处的激子才有可能被分离成电荷载流子, 产生光伏效应. 聚合物半导体中激子的扩散长度通常只有10 nm 左右[9]；这就要求活性层中给体和受体相分离的尺寸不超过20 nm；(3)电荷分离要求所选用电子给体的最低空轨道LUMO能级比电子受体的LUMO能级高0.3~0.5 eV以上, 这样在电势差驱动之下, 电子由给体的LUMO能级转移到受体的LUMO 能级上; (4)电荷载流子输过程中复合, 提高电荷载流子的传输效率; (5) 电荷载流子的收集. 空穴和电子分别被阳极和阴极收集形成光电流和光电压, 从而产生光伏效应. 这就要求电极和活性层之间欧姆接触良好, 同时要求阳极和阴极具有合

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适的能级结构, 通常引入界面修饰材料改善界面接触和能级.

图1.1聚合物太阳能电池工作原理

1.3富勒烯衍生物受体材料

富勒烯(Fullerene)是由12 个五元环和不同数目的六元环所构成的笼状分子的统称,

它是继金刚石、石墨之后碳的第三种同素异形体. 1985 年, Kroto等人[14]在真空中利用激光溅射石墨发现了C60和C70原子簇, 并因此获得了1996 年的诺贝尔化学奖, 1990年, Kr?tschmer等人[15]在氦气下用电弧气化高纯石墨制备并分离出克量级的C60, 从此富勒烯的应用研究逐步开展, 目前富勒烯己经广泛应用到光、电、力学、生物医学以及催化等领域, 显示出了重要的科学意义和巨大的市场价值.

富勒烯独特的三维共轭结构使其具有较好的得电子特性和电子传输性质, 是聚合物太阳能电池优良的电子受体材料. 但未经修饰的富勒烯溶解性较差而且容易聚集成簇, 与给体材料成膜的质量较差, 因而在光伏器件应用中一般需要对富勒烯进行化学修饰以改善其溶解性和成膜特性. 1995 年, PCBM 被首次合成[16], 并应用于聚

合物太阳能电池中[8], 此后的十几年时间里[60]PCBM 以及后来报道的[70] PCBM

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成为了应用最广泛的电子受体材料. 其中[60] PCBM 与最具代表性的给体材料

P3HT 共混, 制备的太阳能电池器件效率为4%左右[17~19], 进一步研究发

现, 制约P3HT:PCBM 聚合物太阳能电池性能的原因主要是: (1) 从电子能级的角度考虑, 它们的给体受体能级匹配性也不好, 激子电荷分离时存在很大的能量损失, 导致其开路电压较低, 一般只有0.6 V 左右. (2) P3HT 只能吸收450~650nm 范围内的太阳光, 而PCBM 的吸收主要在紫外区, 在可见区的吸收非常弱, 导致

P3HT:PCBM 体系对太阳光长波段的利用率较低, 限制了太阳能电池效率的进一步提高. 适当改善给体和受体材料的吸收和能级结构是提高太阳能电池器件光电转换效率的有效途径. 研究人员近年来针对受体材料做了大量研究工作, 当然绝大部

分受体材料还是富勒烯衍生物, 同时也有少量有机小分子或者高分子受体材料[20] , 不过由这些非富勒烯类受体材料的太阳能电池性能一般都比较差。

1.4基于PCBM 结构的富勒烯受体材料

由于绝大多数聚合物太阳能电池器件都采用了PCBM 作为受体材料, 因此基于PCBM 再修饰的研究非常多. 根据PCBM的结构特点, 人们从改变碳笼结构, 或改变其上所带苯环、碳链和酯基等官能团入手展开研究, 期望得到富勒烯受体材料结构与性能之间的关系。

(1) 改变碳笼. 因为富勒烯是一个碳笼家族的统称, 因此, 对于PCBM的修饰人们首先想到能否将C60换成其他富勒烯分子以取得高的能量转化效率. C70是富勒烯家族中产率仅次于C60的另一个明星分子, 它的能级结构与C60相近, 但在可见光区的吸收比C60强很多, 理论上它可以吸收更多的太阳光能, 从而在一定程度上提高光伏器件的效率。

（2）改变苯环. Hummelen研究小组[26]通过向PCBM 中苯环的邻、间、对位引入甲氧基、甲硫基和氟原子而合成了一系列的PCBM 类似物. 分子的还原电势越低, 其LUMO 能级就越高, 因此具有吸电子的 F 取代基会使LUMO 能级降低, 而烷氧基则由于给电子效应可以使LUMO 能级提高[27], 并且烷氧基个数越多, LUMO 能级越高. 其中三取代烷氧基2, 3,4-OMe PCBM 的LUMO 能级比PCBM 高0.034 eV, 能够有效提高电池器件的V oc。所以我们可以通过引入各种给电

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子基团来提高富勒烯衍生物的LUMO 能级, 进而提高太阳能电池的开路电压.

(3) 改变碳链长度. 李永舫研究小组[33]合成了一系列不同碳链长度的

PCBM 类似物, 研究了碳链长度对富勒烯受体材料太阳能电池性能的影响. 他们

发现尽管PCBM 不同碳链长度的衍生物具有几乎相同的吸收光谱和电化学性质,

但是它们与P3HT 共混后构筑的太阳能电池性能却有一定的差别, F1 3.7%, F4 3.6%与F2(PCBM)3.5%效率相近, 而F3 2.3%, F5 2.8%效率较低(分子结构见图4).

说明碳链长度对富勒烯受体材料太阳能电池性能有一定的影响.

(4) 改变酯基. 李玉良等人[34]将PCBM 的酯基改成酰胺基团, 合成了

PCB-n-BA, 由于酰胺基团间具有较强的氢键作用, 会影响富勒烯分子间的聚集形态. 所以在没有对器件进行热处理的条件下, PCB- n-BA 与P3HT 共混制备的太阳

能电池效率(0.78%)比PCBM(0.59%)高. Troshin等人[35]研究了不同个数酯基修饰对太阳能电池性能的影响, 首先用循环伏安法测定了它们的能级结构, 由于它们都属于单加成富勒烯衍生物, LUMO 能级相差不大. 溶解度测试表明, 碳链长短、支链还是直链都会影响溶解度, 其中支链的溶解度会更高一点. 进一步研究表明, 当富

勒烯衍生物在氯苯中的溶解度为30~80 mg/mL 时, 与P3HT 的溶解度(50~70

mg/mL)最为匹配, 在此条件下构筑的太阳能电池性能也最好. 因此, 调整给体与受体材料较高又相近的溶解度, 也是提高太阳能电池器件性能的一种有效手段.

(5) 多加成改性. Blom研究小组[40]将双加成的PCBM 应用于太阳能电池, 发现Bis-PCBM 的LUMO能级比PCBM 的LUMO 能级高约0.1 eV, 其与P3HT 共混构筑的太阳能电池器件V oc为0.73V 比P3HT: PCBM 器件V oc高约0.15 V, 同时器件的光电转换效率为 4.5%, 也明显高于PCBM:P3HT 器件效率(3.8%), 表

明双加成的受体结构设计思路是提高光伏器件能量转换效率的有效途径. 随后Blom 研究小组[41]又研究了三加成的PCBM 衍生物, 尽管Tris-PCBM 与

P3HT 构筑的太阳能电池V oc高达0.813 V, 但短路电流却急剧降低, 所以最后器

件的光电转换效率不足1%. 这可能是由于三加成PCBM 立体结构是无规的, 导致结晶、聚集结构不够有序, 影响电子传输性能.

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第2章设计部分

2.1目标分子设计

材料性能对聚合物太阳能电池性能影响巨大，为了能使器件性能得到提高，人们对材料进行改性，提高材料本身的性能，比如溶解性、吸光性、电子传输性、得失电子性等。通过对材料性能的改变，使得聚合物太阳能电池性能得到极大提高，对于受体材料同样如此。目前聚合物太阳能电池受体材料主要为富勒烯及其衍生物，PCBM 因具有溶解性好、热稳定性高、电子迁移率高且与P3HT 匹配性好等优点，成为当前最具影响力的电子受体材料之一。通过对PCBM 进行改性，期望能提高PCBM 衍生物的性能，进而增强聚合物太阳能电池的性能。

2.2分子结构设计

人们在PCBM 酯键位置引入不同基团对其进行改性，如图2.1所示，但目前做得还不够完整和全面。通过在酯键上引入多种基团，对PCBM 进行改性，考察不同基团对材料和器件性能的影响。在聚合物太阳能电池中，富勒烯衍生物受体材料主要充当接受并传递电子任务。为了提高受体材料接受电子的能力，设计了双富勒烯基电子受体材料，在同一个衍生物分子上接两个C60 。如图2.2所示。

图2.1

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图2.2

2. 2分子轨道能级计算

为了筛选出性能优异的衍生物分子，我们通过多种方法对PCBM和设计分子轨道能级(HOMO, LUMO)进行模拟计算，并将模拟计算数据与PCBM文献值进行对比。

1)将PCBM和PCBM衍生物分子以GGA/PBE函数，DNP基组，经Dmol3方法进行计算，结果如表2-1所示。

表2-1. PCBM及其衍生物的LUMO和HOMO理论计算值(GGA/PBE；DNP；Dmo13)

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2)将PCBM和PCBM衍生物分子以GGA/RPBE函数，DNP基组，经Dmol3 方法进行计算，结果见表2-2。

表

3)将PCBM和PCBM衍生物分子以GGA/BLYP函数，DNP基组，经Dmol3方

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法进行计算，结果见表2-3。

表2-3. PCBM及其衍生物的LUMO和HOMO理论计算值(GGA/BLYP; DNP; Dmol3)

4)将PCBM和PCBM衍生物分子以GGA/PW91函数，DNP基组，经Dmol3

方法进行计算，结果见表2-4。

表

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5)将PCBM和富勒烯衍生物分子以LDA/P W C函数，DNP基组，Dmol3 方法进行计算，结果见表2-5。

表2-5. PCBM及其衍生物的LUMO和HOMO理论计算值(LDA/PWC; DNP; Dmol3)

6)将PCBM和富勒烯衍生物分子以LDA/V WN函数，DNP基组，经Dmol3

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方法进行计算，结果见表2-6。

表2-6. PCBM及其衍生物的LUMO和HOMO理论计算值(LDA/VWN; DNP; Dmol3)

2. 3结果讨论

通过对比上述六组模拟计算数据可知，采用LDA/PwC和LDA/VWN函数的两组PCBM计算数据与文献值接近[2,3]，在上述计算中更具代表性。其中，1, 9, 11, 12, 13, 14号物质的LUMO与PCBM接近或稍微提高，预期这几种物质制备的器件开路电压与PCBM基器件接近或增大，而2, 3,4, 5, 6, 7, 8, 10号物质的LUMO明显低于PCBM，预期这几种物质制备的器件开路电压比PCBM基器件更小。

第3章结论

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(1)设计了三类电子受体材料，脂肪酯类富勒烯衍生物、生物和链状二酯双富勒烯衍生物。

(2)通过多种方法对设计的衍生物分子进行模拟计算HOMO和LUMO能级，并与PCBM进行了对比。

第4章总结与体会

通过对太阳能电池受体材料的设计此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。也让我看到了富勒烯衍生物在太阳能电池受体材料中的巨大前景，太阳能作为一种清洁无污染，接近无限的能源，我们应当好好利用起来，为我们的生活更上一个台阶。

第5章谢词

谢谢刘翔老师，在选题和设计方面给了我提示，谢谢舍友同学们在我设计报告时给以我的帮助，让我顺利的完成了这个太阳能电池受体材料的设计，感谢我的家人，养育之恩无以为报，我将用自己最大的努力给你们欣慰。

参考文献

[1] Y J．He，H．一Y Chen，J．H．Hou,Y E Li，Indene-C60 bisadduct：a new acceptor for lligh-performance polymer solar cells，[J]．Am．Chem．Soc．，1 32(20 1 0) 1377．1382．

[2]Wang H, He Y J, Li Y F, et al. Photophysical and Electronic Properties of Five PCBM-like C6o Derivatives: Spectral and Quantum Chemical View[J]. J. Phys. Chem A, 2012, 116: 255-262.

[3]Zhao G J, He Y J, Xu Z, et al. Effect of Carbon Chain Length in the Substituent of PCBM-like Molecules on Their Photovoltaic Properties[J]. Adv. Funct. Mater，2010,20: 1480-487.

太阳能电池

太阳能电池及材料研究引言太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源．也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。为此，人们研制和开发了太阳能电池。制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3、功能高分子材料制备的大阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：1、半导体材料的禁带不能太宽；②要有较高的光电转换效率：3、材料本身对环境不造成污染； 4、材料便于工业化生产且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料，这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。但随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它村料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。本文简要地综述了太阳能电池的种类及其研究现状，并讨论了太阳能电池的发展及趋势。 1 硅系太阳能电池 1.1 单晶硅太阳能电池硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成热的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅的电地工艺己近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。提高转化效率主要是*单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。并在表面把一13nm。厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合．通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电池转化效率超过23%，是大值可达23．3％。Kyocera公司制备的大面积（225cm2）单电晶太阳能电池转换效率为19．44%，国内北京太阳能研究所也积极进行高效晶体硅太阳能电池的研究和开发，研制的平面高效单晶硅电池（2cm X 2cm）转换效率达到19.79%，刻槽埋栅电极晶体硅电池（5cm X 5cm）转换效率达8.6%。单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太阳能电池，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。 1．2 多晶硅薄膜太阳能电池通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350～450μm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。因此实际消耗的硅材料更多。为了节省材料，人们从70年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长的硅膜晶粒大小，未能制成有价值的太阳能电池。为了获得大尺寸晶粒的薄膜，人们一直没有停止过研究，并提出了很多方法。目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCVD）和等

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V_oc和16.0 mA cm^-2的Jsc。值得注意的是,PM6和ITIC之间的HOMO能级差(ΔE_HOMO)仅有0.10 eV,仍然可以获得高效的空穴传输;且能量损失(E_loss)低为0.51 eV。 9.7%的能量转换效率是基于V_oc大于1 V且E_loss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

太阳能电池材料的发展及应用

太阳能电池材料的发展及应用材料研1203 Z石南起新材料（或称先进材料）是指那些新近发展或正在发展之中的具有比传统材料的性能更为优异的一类材料。新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料，具有比传统材料更为优异的性能。新材料技术则是按照人的意志，通过物理研究、材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程，创造出能满足各种需要的新型材料的技术。随着科学技术发展，人们在传统材料的基础上，根据现代科技的研究成果，开发出新材料。新材料按组分为金属材料、无机非金属材料（如陶瓷、砷化镓半导体等）、有机高分子材料、先进复合材料四大类。按材料性能分为结构材料和功能材料。21世纪科技发展的主要方向之一是新材料的研制和应用。新材料的研究，是人类对物质性质认识和应用向更深层次的进军。功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。功能材料是新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。它涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术等现代高新技术及其产业。功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，还对我国相关传统产业的改造和升级，实现跨越式发展起着重要的促进作用。功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。世界各国均十分重视功能材料的研发与应用，它已成为世界各国新材料研究发展的热点和重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。在全球新材料研究领域中，功能材料约占85%。我国高技术 (863)计划、国家重大基础研究[973]计划、国家自然科学基金项目中均安排了许多功能材料技术项目（约占新材料领域70%比例），并取得了大量研究成果。

太阳能板制作工艺

太阳能电池板（组件）生产工艺组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键，所以组件板的封装质量非常重要。流程： 1、电池检测—— 2、正面焊接—检验— 3、背面串接—检验— 4、敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设）—— 5、层压—— 6、去毛边（去边、清洗）—— 7、装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶）—— 8、焊接接线盒—— 9、高压测试——10、组件测试—外观检验—11、包装入库组件高效和高寿命如何保证： 1、高转换效率、高质量的电池片； 2、高质量的原材料，例如：高的交联度的EVA、高粘结强度的封装剂（中性硅酮树脂胶）、高透光率高强度的钢化玻璃等； 3、合理的封装工艺 4、员工严谨的工作作风；由于太阳电池属于高科技产品，生产过程中一些细节问题，一些不起眼问题如应该戴手套而不戴、应该均匀的涂刷试剂而潦草完事等都是影响产品质量的大敌，所以除了制定合理的制作工艺外，员工的认真和严谨是非常重要的。太阳电池组装工艺简介：工艺简介：在这里只简单的介绍一下工艺的作用，给大家一个感性的认识. 1、电池测试：由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。 2、正面焊接：是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上，汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的2倍。多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连 3、背面串接：背面焊接是将36片电池串接在一起形成一个组件串，我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个膜具板，上面有36个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正面电极（负极）焊接到“后面电池”的背面电极（正极）上，这样依次将36片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。 4、层压敷设：背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃和切割好的EVA 、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好，准备层压。玻璃事先涂一层试剂（primer）以增加玻璃和EVA的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。（敷设层次：由下向上：玻璃、EVA、电池、EVA、玻璃纤维、背板）。 5、组件层压：将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出，然后加热使EVA熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关键一步，层压温度层压时间根据EVA的性质决定。我们使用快速固化EVA 时，层压循环时间约为25分钟。固化温度为150℃。 6、修边：层压时EVA熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，所以层压完毕应

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(E_gap)决定了开路电压(V_oc)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(V_oc)的减小,所以,我们选取平面型器件的V_oc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

太阳能电池片生产工艺常用化学品及其应用

太阳能电池片生产工艺常用化学品及其应用一般来说，半导体工艺是将原始半导体材料转变为有用的器件的一个过程，太阳能电池工艺就是其中的一种，这些工艺都要使用化学药品。 1．常用化学药品太阳能电池工艺常用化学药品有：乙醇（C2H5OH）、氢氧化钠（NaOH）、盐酸（HCl）、氢氟酸(HF)、异丙醇（IPA）、硅酸钠（Na2SiO3）、氟化铵（NH4F）、三氯氧磷（POCl3）、氧气（O2）、氮气（N2）、三氯乙烷（C2H3Cl3）、四氟化碳（CF4）、氨气（NH3）和硅烷（SiH4），光气等。 2．电池片生产工艺过程中各化学品的应用及反应方程式： 2.1一次清洗工艺 2.1.1去除硅片损伤层： Si + 2 NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2 H2 ↑ 28 80 122 4 对125*125的单晶硅片来说，假设硅片表面每边去除10um，两边共去除20um，则每片去处的硅的重量为：△g=12.5*12.5*0.002*2.33 = 0.728g。（硅的密度为2.33g/cm3）设每片消耗的NaOH为X克，生成的硅酸钠和氢气分别为Y和Z克，根据化学方程式有： 28 ：80 = 0.728 ：ＸＸ= 2.08g 28 ：122 = 0.728 ：Y Y=3.172g 28 ：4 = 0.728 ：Z Z= 0.104g 2.1.2制绒面： Si + 2 NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2 H2 ↑ 28 80 122 4 由于在制绒面的过程中，产生氢气得很容易附着在硅片表面，从而造成绒面的不连续性，所以要在溶液中加入异丙醇作为消泡剂以助氢气释放。另外在绒面制备开始阶段，为了防止硅片腐蚀太快，有可能引起点腐蚀，容易形成抛光腐蚀，所以要在开始阶段加入少量的硅酸钠以减缓对硅片的腐蚀。 2.1.3 HF酸去除SiO2层在前序的清洗过程中硅片表面不可避免的形成了一层很薄的SiO2层，用HF酸把这层SiO2去除掉。 SiO2 + 6 HF = H2[SiF6] + 2 H2O 2.1.4HCl酸去除一些金属离子，盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能与Pt 2+、Au 3+、Ag +、Cu+、Cd 2+、Hg 2+等金属离子形成可溶于水的络合物。 2.2扩散工艺 2.2.1扩散过程中磷硅玻璃的形成： Si + O2＝SiO2 5POCl3＝3 PCl5 + P2O5（600℃）三氯氧磷分解时的副产物PCl5，不容易分解的，对硅片有腐蚀作用，但是在有氧气的条件下，可发生以下反应：４PCl5 + 5O2＝2 P2O5 + 10Cl2↑(高温条件下) 磷硅玻璃的主要组成：小部分P2O5，其他是２SiO2·P2O5或SiO2·P2O5。这三种成分分散在二氧化硅中。在较高温度的时候，P2O5作为磷源和Si反应生成磷，反应如下：

《太阳能电池基础与应用》太阳能电池-第四章-4

第四章
4.1 3 4.2 4.3 3 4.4 4.5 4.6
太阳电池基础
光生伏特效应光生载流子的浓度和电流太阳电池的伏安特性太阳电池的性能表征太阳电池的测试技术太阳电池的效率分析

4.6 太阳电池效率分析-极限效率
太阳电池的理论效率
VOC I SC ? FF ?? ?100% Pin
当入射太阳光谱AM0或AM1.5确定后，为获得较高的转换效率，需要增加Voc、Isc和FF
填充因子FF
在理想情况下（当voc>10），填充因子FF仅是开路电压Voc的函数
Voc的函数
voc ? ln（voc ? 0.72） q FF ? voc ? Voc , voc ? 1 kT

4.6 太阳电池效率分析-极限效率
短路电流Isc
I sc ? ? I L I L ? qAG ? Le ? W ? Lh ? ,
假设到达电池表面的每一个能量大于材料禁带宽度Eg的光子，会产生一个电子-空穴对。将光通量对波长进行积分，可以得到产生率G。
开路电压Voc
Voc ?
2
? kT ? I L ln ? ? 1? q ? I0 ?
? Eg ? I 0 =1.5 ? 10 exp ? ? ? kT ? ?
5
Eg ) I0∝ ni ? N C N V exp(? kT
禁带宽度Eg减小，I0增加，Voc减小

4.6 太阳电池效率分析-极限效率
最佳带隙宽度
禁带宽度Eg减小
Isc增加
Voc减小

太阳能电池工作原理和应用

太阳能电池的分类简介（1）硅太阳能电池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24.7%，规模生产时的效率为15%（截止2011，为18%）。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%（截止2011，为17%）。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电池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。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。

2）多晶体薄膜电池多晶体薄膜电池硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。砷化镓（GaAs）III-V化合物电池的转换效率可达28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率，抗辐照能力强，对热不敏感，适合于制造高效单结电池。但是GaAs 材料的价格不菲，因而在很大程度上限制了用 GaAs电池的普及。（3）有机聚合物电池以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制造的研究方向。由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本低等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究探索。（5）有机薄膜电池有机薄膜太阳能电池，就是由有机材料构成核心部分的太阳能电池。大家对有机太阳能电池不熟悉，这是情理中的事。如今量产的太阳能电池里，95%以上是硅基的，而剩下的不到5%也是由其它无机材料制成的 6）染料敏化电池染料敏化太阳能电池，是将一种色素附着在TiO2粒子上，然后浸泡在一种电解液中。色素受到光的照射，生成自由电子和空穴。自由电子被TiO2吸收，从电极流出进入外电路，再经过用电器，流入电解液，最后回到色素。染料敏化太阳能电池的制造成本很低，这使它具有很强的竞争力。它的能量转换效率为12%左右。（7）塑料电池塑料太阳能电池以可循环使用的塑料薄膜为原料，能通过“卷对卷印刷”技术大规模生产，其成本低廉、环保。但塑料太阳能电池尚不成熟，预计在未来5年到10年，基于塑料等有机材料的太阳能电池制造技术将走向成熟并大规模投入使用。太阳能工作原理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。太阳能发电有两种方式，一种是光一热一电转换方式，另一种是光一电直接转换方式。其中，光一电直接转换方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光一电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种大有前途的新型

《太阳能电池基础与应用》太阳能电池-第四章-1

第四章太阳电池基础光生载流子的浓度和电流4.2太阳电池的测试技术4.4光生伏特效应34.1太阳电池的伏安特性34.34.5太阳电池的效率分析太阳电池的性能表征4.6

太阳电池基本结构以晶体硅太阳电池为例。（1）以p型晶体硅半导体材料为衬底；（2）为了减少光的反射损失，常制作绒面减反结构（3）采用扩散法在硅衬底上制作重掺杂的n型层（4）PECVD生长SiO 减反层 2 （5）在n型层上面制作金属栅线，作为正面接触电极（6）在衬底背面制作金属膜，作为背面欧姆接触电极

半导体吸收光子产生电子空穴对，电子空穴对在p-n结内建电场作用下分离，从而在p-n结两端产生电动势。 p-n结是太阳电池的核心光生载流子形成一个与热平衡结电场方向相反的电场，使得势垒降低；光生电流与正向结电流相等时，pn结建立稳定的电势差，即光生电压 Electric Field

载流子运动的角度太阳电池工作原理：当太阳光照射到太阳电池上并被吸收时，其中的光子能把价带中电子激发到导带上去，形成能量大于禁带宽度E g 自由电子，价带中留下带正电的自由空穴，即电子—空穴对，通常称它们为光生载流子。自由电子和空穴在不停的运动中扩散到p-n结的空间电荷区，被该区的内建电场分离，电子被扫到电池的n型一例，空穴被扫到电池的p型一侧，从而在电池上下两面（两极）分别形成了正负电荷积累，产生“光生电压”，即“光伏效应”。如果在电池的两端接上负载，在持续的太阳光照下，就会不断有电流经过负载。这就是太阳电池的基本工作原理。

能带的角度持续光照条件下，大量的光生载流子产生，光生电子和空穴被源源不断地分别扫到n型和p型一两侧，致使n区和p区费米能级的分裂，若太阳电池断路，光生电压V即为开路电压V 。若外电路短路，pn结正向电流为 oc 零，外电路电流为短路电流，理想情况下也就是光电流。

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V_oc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V_oc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V_oc,基于EQE和EL 光谱对能量的计算,我们发现PBDB-T:IT-M器件ΔV_nonrad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V_oc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V_oc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。

太阳能电池基础知识

一,基础知识 (1)太阳能电池的发电原理太阳能电池是利用半导体材料的光电效应,将太阳能转换成电能的装置. ?半导体的光电效应所有的物质均有原子组成,原子由原子核和围绕原子核旋转的电子组成.半导体材料在正常状态下,原子核和电子紧密结合(处于非导体状态),但在某种外界因素的刺激下,原子核和电子的结合力降低,电子摆脱原子核的束搏,成为自由电子. 光激励核核电子空穴电子电子对?PN 结合型太阳能电池太阳能电池是由 P 型半导体和 N 型半导体结合而成,N 型半导体中含有较多的空穴,而P 型半导体中含有较多的电子 ,当 P 型和 N 型半导体结合时在结合处会形成电势当芯片在受光过程中,带正电的空穴往 P 型区移动,带负电子的电子往 N 型区移动,在接上连线和负载后,就形成电流.. (2)太阳能电池种类－＋＋－－＋P 型

铸造 2 工 PN 结合（正面 N 极,反面 P 极）减反膜形成通过电极,汇集电 ※在现在的太阳能电池产品中,以硅半导体材料为主,其中又以单晶硅和多晶硅为代表.由于其原材料的广泛性,较高的转换效率和可靠性,被市场广泛接受.非晶硅在民用产品上也有广泛的应用（如电子手表,计算器等）,但是它的稳定性和转换效率劣于结晶类半导体材料. 化合物太阳能电池由于其材料的稀有性和部分材料具有公害,现阶段未被市场广泛采用. ※现在太阳能电池的主流产品的材料是半导体硅,是现代电子工业的必不可少的材料,同时以氧化状态的硅原料是世界上第二大的储藏物质. ※京瓷公司早在上世纪的八十年代就认识到多晶硅太阳能电池的光阔前景和美好未来,率先开启多晶硅太阳能电池的工业化生产大门.现在已经是行业的龙头,同时多晶硅太阳能电池也结晶类太阳能电池的主流产品（太阳能电池的 70%以上）. （3）多晶硅太阳能电池的制造方法空间用民用转换效率:24% 转换效率:10% 转换效率:8% （1400 度以上）破锭(150mm *155mm ) N 极烧结电极印刷（正反

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。

单晶硅太阳能电池详细工艺

单晶硅太阳能电池 1.基本结构 2.太阳能电池片的化学清洗工艺切片要求：①切割精度高、表面平行度高、翘曲度和厚度公差小。②断面完整性好，消除拉丝、刀痕和微裂纹。③提高成品率，缩小刀(钢丝)切缝，降低原材料损耗。④提高切割速度，实现自动化切割。具体来说太阳能硅片表面沾污大致可分为三类： 1、有机杂质沾污：可通过有机试剂的溶解作用，结合兆声波清洗技术来去除。 2、颗粒沾污：运用物理的方法可采机械擦洗或兆声波清洗技术来去除粒径≥ 0.4 μm颗粒，利用兆声波可去除≥ 0.2 μm颗粒。 3、金属离子沾污：该污染必须采用化学的方法才能将其清洗掉。硅片表面金属杂质沾污又可分为两大类：（1）、沾污离子或原子通过吸附分散附着在硅片表面。（2）、带正电的金属离子得到电子后面附着（尤如“电镀”）到硅片表面。

1、用 H2O2作强氧化剂，使“电镀”附着到硅表面的金属离子氧化成金属，溶解在清洗液中或吸附在硅片表面。 2、用无害的小直径强正离子（如H+），一般用HCL作为H+的来源，替代吸附在硅片表面的金属离子，使其溶解于清洗液中，从而清除金属离子。 3、用大量去离子水进行超声波清洗，以排除溶液中的金属离子。由于SC-1是H2O2和NH4OH的碱性溶液，通过H2O2的强氧化和NH4OH 的溶解作用，使有机物沾污变成水溶性化合物，随去离子水的冲洗而被排除；同时溶液具有强氧化性和络合性，能氧化Cr、Cu、Zn、Ag、Ni、Co、Ca、Fe、Mg等，使其变成高价离子，然后进一步与碱作用，生成可溶性络合物而随去离子水的冲洗而被去除。因此用SC-1液清洗抛光片既能去除有机沾污，亦能去除某些金属沾污。在使用SC-1液时结合使用兆声波来清洗可获得更好的清洗效果。另外SC-2是H2O2和HCL的酸性溶液，具有极强的氧化性和络合性，能与氧化以前的金属作用生成盐随去离子水冲洗而被去除。被氧化的金属离子与CL-作用生成的可溶性络合物亦随去离子水冲洗而被去除。 3.太阳能电池片制作工艺流程图具体的制作工艺说明（1）切片：采用多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。（2）清洗：用常规的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或碱）溶液将硅片表面切割损伤层除去30－50um。（3）制备绒面：用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面。（4）磷扩散：采用涂布源（或液态源，或固态氮化磷片状源）进行扩散，制成PN＋结，结深一般为0.3－0.5um。

光伏电池制备工艺

光伏电池制备工艺第一章 1. 太阳能电池基本工作原理？答： 1) 能量转换，太阳光的能量转换为电能； 2) 吸收光产生电子空穴对、空穴对—电子分离或扩散、发电电流的传输。 2. 硅太阳能电池吸收光的特点？答： 1) 低于带隙）（v e 12.1的不被吸收； 2) 波长越长（能量低），光吸收越慢； 3) 对电池材料厚度的要求： ① 晶体硅：m 500 以上才能最大化吸收； ② 砷化镉：只需要10几微米就可。 3. 太阳电池光吸收类型及对发电有贡献的类型？答：光吸收类型： 1) 本证吸收； 2) 杂质吸收； 3) 自由载流子吸收； 4) 激子吸收； 5) 晶格吸收。对太阳电池转换效率有贡献的最主要的是本证吸收。 4. 太阳能电池中的复合类型？答： 1) 辐射复合→发光； 2) 俄歇复合→发热； 3) 陷阱辅助复合。 5. 晶体硅太阳电池的基本结构组成？答： 1) 前电极（主栅、细栅）； 2) 减反射绒面； 3) 氮化硅减反射层； 4) N 型层； 5) P 型层； 6) 铝背场； 7) 后电极（主栅、铝膜）。 6. 晶体硅太阳电池的主要参数？答: 1) 开路电压（oc U ）； 2) 短路电流（sc I ）； 3) 最大输出功率（mp P ）；

4) 工作电压（mp U ）； 5) 工作电流（mp I ）； 6) 转换效率（η）； 7) 填充因子（FF ）； 8) 串联电阻（s R ）； 9) 并联电阻（sh R ）。 10) mp mp I U P mp ?= 11) sc oc mp I U P FF ?= 7. 晶体硅太阳能电池生产工艺流程及作用？答：一清→扩散→二清→PECVD 镀膜→丝网印刷、烧结→检测作用：一清：制绒降低反射率、去损伤层、扩散前清洗；扩散：在P 型硅片上扩散N 型磷，从而形成N P -结；二清：去除磷硅玻璃、去边结。 PECVD 镀膜：镀氧化磷膜、减反射、钝化。丝网印刷、烧结：制作金属电极、制作铝背场、形成金属与硅的良好接触。第二章 1. 单晶、多晶绒面特点？答：单晶：正金字塔结构；多晶：蜂窝结构。 2. 单晶制绒夜的主要成分？答： OH N a 、异丙酸（IPA ）、添加剂。 3. 多晶制绒液的主要成分？答： HF 、3HNO 。 4. 单晶制绒质量要求？答： 1) 反射率低（%15≤）； 2) 绒面颗粒均匀（m 52μ→）； 3) 覆盖率达%100； 4) 外观均匀，无白点、色差等； 5) 表面清洁无污染； 6) 腐蚀重量在规定范围内。 5. 多晶绒面质量要求？答： 1) 反射率低（%20≤）； 2) 绒面颗粒大小均匀； 3) 表面暗纹尽量少； 4) 表面清洁无污染；

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。

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 (J_SC)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J_SC从14.87 mA/cm²提升为18.36 mA/cm²,获得了10.16%的PCE,较

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

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/ad12246367.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/ad12246367.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