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
二元器件（PCE=7.50%）提升幅度超过35%。C7与ITIC能形成分子间氢键,增强了ITIC的拉电子能力,促进PTB7-Th向ITIC间形成更有效的电荷传输;此外,氢键相互作用改善了活性层的形貌和垂直相分离,极大地增强了光子吸收能力并增加有效的传输通道。
为了进一步证明氢键的关键作用,引入了另一种与C7具有相似化学结构和吸收光谱的染料分子香豆素30（C30）,C30不能与ITIC形成氢键,该三元器件的性能并没有得到改进。3.获得了光稳定性、热稳定性和寿命都得到显著提升的三元器件,这说明三元共混方法不仅可以提升光伏性能,还可以改善器件的稳定性,这对于OSCs的实际应用有着重要意义。
本文研究了两种能用于构建三元OSCs的小分子材料,进一步阐明了第三组分对器件性能影响的内在机制,为第三元材料的选择提供了一定的思路。
太阳能电池发展现状综述
太阳能电池发展现状综述 摘要：随着社会的发展，传统能源消耗殆尽,能源越来越收到重视。其中发展前景最为广阔的莫过于太阳能。太阳能绿色环保，因此逐渐受到了人们的普遍重视。太阳能已成为新能源领域最具活力的部分，世界各国都致力于发展太阳能。本文主要阐述了太阳能电池的发展历程，太阳能电池的种类，太阳能电池的现状以及发展前景. 关键词：太阳能电池；太阳能电池种类；发展现状； Narration on the Current Situation of Solar Battery Abstract:With the development of society, traditional energy will be used up in a short time.Eneygy are being payed more and more attention.And the solar energy is the most promising.Because of its’environmental protection,it gets widespread attention. Solar energy has become the most vibrant part among the new energy field,and all countrise tried their best to develop solar energy.This article mainly explains the development of solar battery,the types of solar battery,curent situation of solar battery and its’ prospect. Key Words:solar battery; types of solar battery; curent situation of solar battery 1引言 随着经济的发展，能源的重要性日趋凸显。但是石油、煤等不可生起源消耗殆尽，人们开始探索新的能源。太阳能取之不尽用之不竭，因此受到了人们的亲睐。在太阳能电池领域中，太阳能的光电利用是近些年来发展最快、最具活力的研究领域[1]．太阳能电池的研制和开发日益得到重视．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的光电子转化反应。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一V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；③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[2]．这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因. 本文简要地综述了太阳能电池发展进程，太阳能电池的种类，以及发展现状，并讨论了太阳能电池的发展趋势。 2太阳能电池现状及其前景
有机薄膜太阳能电池的研究进展
有机薄膜太阳能电池的研究进展 摘要：围绕提高有机薄膜太阳能电池的能量转换效率，从太阳光吸收效率、激子的分解率、载流子的迁移率和电荷向电极的注入效率4个方面综述了国内外的研究进展，并指出了提高转换效率的研究趋势，展望了有机薄膜太阳能电池的美好前景。 关键词：有机薄膜太阳能电池；转换效率 1 前言 近年来，有机薄膜太阳能电池的发展尤其引人注目，德国、日本、韩国和美国在这一领域处于领先地位。相比传统的硅基太阳能电池，有机薄膜太阳能电池以其潜在的低成本、高效率、环境友好、稳定性高的特点，成为最有希望实现民用化光伏的产业，目前的转换效率突破了9%，发展趋势被业界一致看好。 2 有机薄膜太阳能电池的基本原理 图1 有机薄膜太阳能电池的基本原理 当阳光从阳极层（P型有机半导体）照射时，有机分子吸收光产生激子，激子向电子给体和电子受体的界面移动，在界面处通过光诱导解离分解成自由电子和自由空穴，自由电子和自由空穴各自向电极两端迁移，最后注入到两端电极输向外电路。 3 提高转化效率的研究进展 有机薄膜太阳能电池要实现产业化，就需要有较高的转换效率，目前提高转换效率的研究主要集中在以下几方面： 3.1 提高太阳光吸收效率 材料对太阳光的吸收效率越高激子的生成效率就越高。有机材料对太阳光的吸收一般在可见光区，大部分材料对太阳光的吸收利用率不超过40 %，提高材料的吸收光谱与太阳光谱的 匹配性是提高材料对太阳光吸收效率的有效途径。另外，还可以在器件结构中引入具有强吸收特性的材料。利用它们吸收部分太阳能量，再通过激子扩散将其转移给活性材料［1］。 将太阳光吸收特性不同的电池单元层积得到级联电池（又称叠层电池），通过底层电池对顶层电池的补充吸收可以增加对太阳光谱的吸收。张馨芳［2］等人研究了有机无机复合体系本体异质结叠层有机太阳能电池，用Ag作为夹层材料来连接上层的本体异质结太阳电池和下层的太阳电池，得到的叠层结构的太
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
有机太阳能电池研究进展(1)
专题介绍 有机太阳能电池研究进展 X 林 鹏,张志峰,熊德平,张梦欣,王 丽 (北京交通大学光电子技术研究所,信息存储、显示与材料开放实验室,北京,100044) 摘 要:有机太阳能电池与无机太阳能电池相比,还存在许多关键性问题。为了改善有机太阳能电池的性能,各种研究工作正在进行,这些研究主要是为了寻找新的材料,优化器件结构。对电池原理、部分表征方法、效率损失机制、典型器件结构、最近的发展、以及未来的发展趋势作了简要描述。 关键词:有机太阳能电池;器件结构;给体;受体;转换效率 中图分类号:T N 383 文献标识码:A 文章编号:1005-488X(2004)01-0055-06 Progres s in Study of Organic Sola r Ce ll LIN Peng ,ZHANG Zhi -feng ,XIONG De -ping ,ZHANG Meng -xin ,WANG Li (I nstitute of O p toelectronics T echnology ,Beij ing J iaotong University ,Beijing ,100044,China )Abstr act :Compaer ed with inorganic solar cells ,organic solar cells still have many critical pr oblems.In order to improve the properties of organic solar cells,a lot of different studies have been carried on.T he main purposes of these studies are to seek new mater ials and new device structure.A brief review of the theory of photovoltaic cells,along with some aspects of their characterization ,the basic efficiency loss mechanism ,typical device structures ,and the trends in research will be presented. Key wor ds :organic photovoltaic cell;device structure;donor;acceptor ;conversion effi-ciency 前 言 进入21世纪以来,由于煤、石油、天然气等自然资源有限,已经不能满足人类发展的需要。环境污染也已经成为亟待解决的严重问题。同使用矿物燃料发电相比,太阳能发电有着不可比拟的优点。 太阳能取之不尽,太阳几分钟射向地球的能量相当 于人类一年所耗用的能量。太阳能的利用已经开始逐年增长。但目前使用的硅等太阳能电池材料,因成本太高,只能在一些特殊的场合如卫星供电、边远地区通信塔等使用。目前太阳能发电量只相当于全球总发电量的0.04%。要使太阳能发电得到大规模推广,就必须降低太阳能电池材料的成本,或 第24卷第1期2004年3月 光 电 子 技 术OPT OELECT RONIC T ECHNOLOGY Vol.24No.1 Mar.2004 X 收稿日期:2003-11-17 作者简介:林 鹏(1978-),男,硕士生。主要从事光电子技术研究。 张志峰(1977-),男,硕士生。主要从事有机电致发光(OLED)的研究工作。熊德平(1975-),男,硕士生。主要从事无机半导体材料方面的研究工作。
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
光伏电池的原理及发展现状
光伏电池的原理及发展现状 众所周知，太阳能是一种用之不竭、储量巨大的清洁可再生能源，每天到地球表面的辐射能量相当于数亿万桶石油燃烧的能量，太阳能开发与利用逐步成府重点发展的战略。热能和光能利用是太阳能应用的两种重要形式。光伏发电是利用光伏电池的光伏效应将太阳光的光能直接转换为电能的一种可再生、无污染的发电方式，正在全球范围内迅猛发展，其不仅要替代部分化石能源，而且未来将成为世界能源供应的主体，是世界各国可再生能源发展的重点。本文阐述了太阳能光伏电池的原理，综述了国内外光伏发电技术的发展现状及发展趋势。 光伏电池的原理及发展现状1839 年，法国的Edmond Becquerel 发现了光伏效应，即光照能使半导体材料内部的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流。光伏电池是基于半导体P- N 结接受太阳光照产生光伏效应，直接将光能转换成电能的能量转换器。1954 年，美国Bell 实验室的G．Pearson 等发明了单晶硅光伏电池，其原理如图1 所示。 图 1 中，太阳光照射到光伏电池表面，其吸收具有一定能量的光子，在内部产生处于非平衡状态的电子－空穴对;在P- N 结内建电场的作用下，电子、空穴分别被驱向N，P 区，从而在P- N 结附近形成与内建电场方向相反的光生电场;光生电场抵消P- N 结内建电场后的多余部分使P，N 区分别带正、负电，于是产生由N 区指向P 区的光生电动势; 当外接负载后，则有电流从P 区流出，经负载从N 区流入光伏电池。图2 为光伏电池等效电路，其中，Iph为与光伏电池面积、入射光辐照度成正比的光生电流（1 cm2硅光伏电池的Iph值为16 ～30 mA）;ID，Ish分别为P- N 结的正向电流、漏电流;串联电阻RS主要由电池体电阻、电极导体电阻等组成（RS一般＜1 ）;旁漏电阻Rsh 由硅片边缘不清洁或体内缺陷所致（Rsh一般为几k）;RL 为外接负载电阻，IL，UO 分别为光伏电池输出电压、电流;当负载开路（RL= ）时，UO即为开路电压Uoc，其与环境温度成反比、与电池面积无关（在100 mW/cm2的光谱辐照度下，硅光伏电池的Uoc一般为450 ～600 mV。与图2 对应的光伏电池解析模型，
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。
中国太阳能发展现状及其前景
我国太阳能发展现状及其发展前景 摘要：能源是现代社会存在和发展的基石。随着全球经济社会的不断发展，能源消费也相应的持续增长，但是化石能源是不可再生的，所以，在化石能源供应日趋紧张的背景下，大规模的开发和利用可再生能源已成为未来各国能源战略中的重要组成部分。本文旨在介绍我国太阳能发展的现状及其发展方向。关键词：太阳能；清洁能源；化石能源；光伏发电；光热转换 0 引言 化石能源是千百万年前埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的，所以。随着时间的推移，化石能源的稀缺性越来越突显，且这种稀缺性也逐渐在能源商品的价格上反应出来。而且，化石能源在利用的过程中还会带来一系列的诸如温室效应，粉尘，酸雨等环境问题。而在全球的能源消费结构中化石能源的比例达到87%，在我国，化石能源的比例竟然达到了92%！[1]所以，在化石能源供应日趋紧张的背景下，大规模的开发和利用可再生能源已成为未来各国能源战略中的重要组成部分。 1. 太阳能的优点 在诸如风能，水利能，潮汐能，太阳能等各种新型清洁能源中，有很多专家学者都对太阳能青眼有加。 首先太阳能具有普遍性：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且勿须开采和运输。其次太阳能有无害害性，开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。 其次太阳能总量十分巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，而据世界能源会议统计，世界已探明可采煤炭储量共计15980亿吨，预计还可开采200年，全世界可开采的化石能源总量相当于33730亿吨原煤，所以可以说太阳能其总量属现今世界上可以开发的最大能源。 还有最重要的长久性：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。因此，太阳能的大规模开发利用是面向未来，实现可持续发展的必然选择。 2 我国太阳能资源的现状 我国土地辽阔，幅员广大，在中国广阔富饶的土地上，有着十分丰富的太阳能资源。全国各地太阳年辐射为3340MJ/m2~8400MJ/m2，中值为5852MJ/m2。从中国太阳能总量的分布来看，西部地区由于地理位置较好，太阳辐射总量很大。我国各省的太阳能资源分布如下表一所示。[2] 3 我国太阳能的发展现状 目前，我国利用太阳能的方式大多都是太阳能光热转换和光电转换两大种类，例如，太阳热水器、太阳灶、太阳房、太阳能干燥、太阳能温室、太阳能制冷与空调、太阳能发电及光伏发电系统等。 太阳能光热转换 太阳能光热转换是指将太阳光直接或通过聚光照射于集热器上，使光能直接转化为热能。目前主要用于太阳能热水器和太阳热能发电。 在光热转换方面，截至2007年底，中国太阳能热水器产量达2300万平方米，总保有量达亿平方米，占世界的55％，成为全球太阳能热水器生产和使用第一大国，且拥有完全自主知识产权，技术居国际领先水平。这种迹象表明，我国正在向太阳能时代迈进！为了促进太阳能热水系统的推广应用，国家制定
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。
太阳能电池的研究现状及发展
太阳能电池的研究现状及发展 【摘要】近年来随着人们对环境的重视，对新能源的需要变得越来越大，太阳能成为新型能源将被广泛应用。黄铁矿结构的二硫化铁（FeS2）是一种具有合适的禁带宽度（Eg≈0.95eV）和较高光吸收系数（当λ≤700nm时，α=5×105cm-1）的半导体材料，而且其组成元素在地球上储量丰富、无毒，有很好的环境相容性。因此，FeS2薄膜在光电子以及太阳能电池材料等方面有潜在的应用前景，受到人们的广泛关注。本文从不同制备方法所制备出的二硫化铁薄膜的研究结果，来分析二硫化铁薄膜的研究状况。 【关键词】能源;二硫化铁;制备方法;光电性能 1.引言 太阳能电池自1954年由诺贝尔实验室和RCA公司几位杰出的科学家发明问世以来，由于地球变暖现象的日益严重，世界各国对二氧化碳的排放量均采取严格的管制，再加上石油匮乏，40年后将消耗殆尽，其价格持续攀升，这些因素都促成了对代替能源的重视与需求，也激发了太阳能产业的蓬勃发展。 太阳是一座聚合核反应器，它一刻不停地向四周空间放射出巨大的能量。它的发射功率为3.865×1026J/S（相当于烧掉1.32×1016ton标准煤释放出来的能量）。地球大气表层所接收的能量仅是其中的22亿分之一，但是地球一年接收的太阳的总能量却是现在人类消耗能源的12000倍。另外，根据文献记载太阳的质量为1.989×1030kg，根据爱因斯坦相对论（E=mc2）可以计算出太阳上氢的含量足够维持800亿年。而由地质资料得出的地球年龄远远小于这个数字。因此可以说太阳能是取之不尽、用之不竭的[1-3] 2.太阳能电池 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。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。 2.1 太阳能电池发展 目前，太阳能电池产品是以半导体为主要材料的光吸收材料，在器件结构上则使用P型与N型半导体所形成的PN结产生的内电场，从而分离带负电荷的电子与带正电荷的空穴而产生电压。由于晶体硅材料与器件在技术的成熟度方面领先于其他半导体材料，最早期的太阳能电池极为晶体硅制成，直到近几年晶体硅太阳能电池仍有大约90%的市场占有率。除了技术与投资门槛较低以外，不用担心硅原料匮乏等都是造成其市场占有率高的主因。 在晶体硅太阳能电池之后，大约从1980年起开始有非晶硅薄膜太阳能电池
高效三元非富勒烯有机太阳能电池的研究
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太阳能电池片技术发展的现状和趋势
太阳能电池片生产技术的发展和趋势 LED光伏电子项目部 2009/2/22
1太阳能电池片的生产工艺 1.1太阳能电池的工作原理 典型的太阳电池本质上是一个大面积半导体二极管，它利用光伏效应原理把太阳辐射能转换成电能。当太阳光照射到太阳电池上并被吸收时,其中能量大于禁带宽度Eg的光子能把价带中电子激发到导带上去，形成自由电子,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pn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型一侧，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”（photovoltaic effect）若在电池两侧引出电极并接上负载,负载中就有“光生电流”通过，得到可利用的电能,这就是太阳电池的工作原理，如图1所示。 图1太阳电池的工作原理 光伏效应是1839年法国Becqueral第一次在化学电池中观察到的。1876年在固态硒(Se)的系统中也观察到了光伏效应,随后开发出Se/CuO光电池。硅光电池的报道出现于1941年1954年，贝尔实验室Chapin等人开发出效率为6%的单晶硅光电池，为太阳能光伏发电奠定了技术基础，成为现代太阳电池时代的划时代标志。作为能源,硅太阳电池于1958年首先在航天器上得到应用。在随后10。多年里,硅太阳电池在空间应用中不断扩大，工艺不断改进,电池设计逐步定型。70 年代初，许多新技术引入电池制造工艺,转换效率有了很大提高。与此同时,硅太阳电池开始引入地面应用，70年代末，地面太阳电池产量已经超过了空间电池产量,促使成本不断降低。80年代初，硅太阳电池发展进入快速发展时期，技术进步和研究开发使太阳电池效率进一步提高，商业化生产成本持续降低，应用不断扩大。在太阳电池的整个发展历程中,先后开发出各种不同结构的电池，如肖特基(MS)电池、MIS电池、MINP电池、异质结电池等，其中同质p2n结电池自始至终占着主导地位，其他结构电池对太阳电池的发展也产生了重要影响。在材料方面,有晶硅电池、非晶硅薄膜电池、铜铟硒(CIS)薄膜电池、碲化镉(CdTe)薄膜电池、砷化镓薄膜电池等，由于薄膜电池被认为是未来大幅度降低成本的根本出路,因此成为太阳电池研发的重点方向和主流，在技术上得到快速发展,并逐步向商业化生产过渡，多晶硅薄膜电池和Gratzel电池在90年代中后期开始成为薄膜电池的研发热点,技术发展比较迅速。 1.2太阳能电池的生产工艺
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
太阳能电池发展现状及存在的主要问题
太阳能电池发展现状及存在的主要问题 晨怡热管2008-10-17 23:05:45 一、2005年国际太阳能电池产业发展情况 2005年，世界太阳能电池总产量1656MW，其中日本仍居首位，762M W，占世界总产量的46％，欧洲为464M W，占总产量的28％，美国156M W，占总产量的9％，其他274MW，占总产量的17％。 2004年全球前14位太阳能电池公司总产量达到1055MW，占当年世界总产量的88.3％，近五年来，日本Sharp公司一直领先，2004年产量达到324MW，见表1。
以2004年数据分析，各种太阳能电池中硅基太阳能电池占总产量的98％，晶体硅太阳能电池占总产量的84.6％，多晶硅太阳能电池占总量的56％，见表2。
2005年，世界光伏市场安装量1460M W，比2004年增长34％，其中德国安装最多，为837MW，比2004年增长53％，占世界总安装量的57％；欧洲为920MW，占总世界安装量的63％，日本安装量292M W，增幅为14％，占世界总安装量的20％；美国安装量为102MW，占世界总安装量的7％，其他安装量为146M W，占世界总安装量的10％。
至2005年全世界光伏系统累计安装量已超过5GW，2005年一年内投资太阳能电池制造业的资金超过10亿美元。现在，一个世界性的问题是制造太阳能的电池的硅原材料紧缺，尽管2005年全世界硅原材料供应增长了12％，但仍然供不应求，国际上长期供货合同抬价25％。持续的硅材料紧缺将对2006年太阳能电池生产产生较大的影响，预计2006年世界太阳能电池产量的增幅将不限制在10％左右。要解决硅材料的紧缺问题预计将需要5年以上的时间。 根据光伏市场需求预测，到2010年，全世界光伏市场年安装量将在3.2G到3.9GW之间，而光伏工业年收入将达到186美元到231亿美元。 日本和欧美各国都提出了各自的中长期PV发展路线图。 按日本的PV路线图（TV Roadmap 2030），到2030年PV电力将达到居民电力消耗的50％（累计安装容量约为100GW），具体的发展目标见表3和表4。
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/5815134649.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/5815134649.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
太阳能电池材料的研究现状及未来发展
太阳能电池材料的研究现状及未来发展 太阳能是人类取之不尽，用之不竭的可再生能源，它不产生任何环境污染，是清洁能源.太阳光辐射能转化电能是近些年来发展最快，最具活力的研究，人们研制和开发了不同类型的太阳能电池.太阳能电池其独特优势，超过风能、水能、地热能、核能等资源，有望成为未来电力供应主要支柱.制造太阳能电池材料的禁带宽E:应在1.1eV-13W之间，以1.5eV左右为佳，最好采用直接迁移型半导体，较高的光电转换效率(以下简称“效率”)，材料性能稳定，对环境不产生污染，易大面积制造和工业化生产. 1954年美国贝尔实验室研制了世界上第一块实用半导体太阳能电池，不久后用于人造卫星.经近半个世纪努力，人们为太阳电池的研究、发展与产业化做出巨大努力.硅太阳电池于1958年首先在航天器上得到应用.在随后10多年里，空间应用不断扩大，工艺不断改进.20世纪70年代初，硅太阳电池开始在地面应用，到70年代末地面用太阳电池产量己经超过空间电池产量，并促使成本不断降低.80年代初，硅太阳电池进入快速发展，开发的电池效率大幅度提高，商业化生产成本进一步降低，应用不断扩大.20世纪80年代中至今，薄膜太阳能电池研究迅速发展，薄膜电池被认为大幅度降低成本的根本出路，成为 今后太阳能电池研究的热点和主流，并逐步向商业化生产过渡. 1.不同材料太阳电池分类及特性简介 太阳能电池按材料可分为品体硅太阳电池、硅基薄膜太阳电池、化合物半导体薄膜太阳电池和光电化学太阳电池等儿大类.开发太阳能电池的两个关键问题就是:提高效率和降低成本. 1晶体硅太阳电池 晶体硅太阳电池是PV(Photovoltaic)市场上的主导产品，优点是技术、工艺最成熟，电池转换效率高，性能稳定，是过去20多年太阳电池研究、开发和生产主体材料.缺点是生产成本高.在硅电池研究中人们探索各种各样的电池结构和技术来改进电池性能，进一步提高效率.如发射极钝化、背面局部扩散、激光刻槽埋栅和双层减反射膜等，高效电池在这些实验和理论基础上发展起来的. 2硅基薄膜太阳电池 多晶硅(ploy-Si)薄膜和非晶硅(a-Si)薄膜太阳电池可以大幅度降低太阳电池价格.多晶硅薄膜电池优点是可在廉价的衬底材料上制备，其成本远低于晶体硅电池，效率相对较高，不久将会在PV市场上占据主导地位.非晶硅是硅和氢(约10%)的一种合金，具有以下优点:它对 厚，材料的需求量大大减少，沉积温度低(约200'C)，阳光的吸收系数高，活性层只有1m 可直接沉积在玻璃、不锈钢和塑料膜等廉价的衬底材料上，生产成本低，单片电池面积大，便于工业化大规模生产.缺点是由于非晶硅材料光学禁带宽度为1.7eV，对太阳辐射光谱的长
太阳能电池的研究现状及发展趋势
太阳能电池的研究现状及发展趋势 摘要：太阳能电池的利用可为人类社会提供可再生的清洁能源。综述了太阳能电池的研究现状, 从材料、工艺与转换效率等方面讨论了它们的优势和不足之处, 并对太阳能电池的发展趋势进行了预测。 关键词：太阳能太阳能电池发展趋势 前言 随着煤、石油等一次性能源的逐渐枯竭及对环境的恶化影响，人类迫切需求对环境友好的可再生能源。目前，太阳能电池由于制造成本高、光电转换效率低，因而其应用受到了限制，但其优点及化石能源的枯竭又促使人们不断地寻找低成本、高效率的太阳能电池材料。 太阳能电池的研究现状 太阳能电池由材料分类大致可分为4类:硅太阳能电池;多元化合物薄膜太阳能电池;有机物太阳能电池;纳米晶太阳能电池。 目前研究和应用最广泛的太阳能电池主要是单晶硅、多晶硅和非晶硅电池。硅太阳能电池中以单晶硅太阳能电池转换效率最高,技术也最为成熟。单晶硅电池己十分成熟,效率高,寿命长,在大规模应用和工业生产中,单晶硅太阳能电池占据主导地位。单晶硅电池的最高效率已达到24.4%,而多晶硅电池的效率也已达到19.8%。但是硅电池生产工艺比较复杂,需要高温(400～2000)和高真空条件,这导致其制造成本较高;同时其成熟的技术使光电转换效率已基本达到极限值,而且其材料本身不利于降低成本。开发太阳能电池的两个关键是:提高转换效率和降低成本。由于非晶硅薄膜成本低,便于大量生产,受到普遍重视并得到迅速发展。目前非晶硅太阳能电池的研究取得两大进展:3叠层结构非晶硅太阳能电池转换效率达到13%,创下新的记录;3叠层太阳能电池年生产能力达5MW。非晶硅太阳能电池由于具有较高的转换效率和较低的成本及质量轻等特点,有着极大的潜力。 多元化合物薄膜太阳能电池主要有砷化镓(GaAs)电池、碲化镉(CdTe)电池、硫化镉(CdS)电池和铜铟硒(CuInSe2)薄膜电池。砷化镓及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。在多元化合物薄膜太阳能电池中,由于GaAs电池的原料价格昂贵,且不易制备;而CdTe电池含有危险的重金属元素,对环境保护不利,并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。 以聚合物代替无机材料是太阳能电池制造的方向。其原理是利用不同氧化还原型聚合物的不同氧化还原电势,在导电材料(电极)表面进行多层复合,制成类似无机pn结的单向导电装置。其中一个电极的内层由还原电位较低的聚合物修饰,外层聚合物的还原电位较高,电子转移方向只能由内层向外层转移;另一个电极的修饰正好相反,并且第一个电极上两种聚合物的还原电位均高于后者的两种聚合物的还原电位。当两个修饰电极放入含有光敏化剂的电解液中时。光敏化剂吸光