聚合物薄膜太阳能电池

聚合物薄膜太阳能电池

摘要：太阳能光伏发电具有安全可靠、无污染、制约少、故障率低、且维护简便等诸多优点，从而为人类大规模利用太阳能开辟了广阔的前景。而通过有效的现代技术，如真空镀膜、分子组装等技术所制备的柔性聚合物太阳能电池器件，成本低廉、合成工艺简单、容易加工和成膜、电池制作的结构可多样化。基于以上优点，聚合物薄膜太阳能电池材料的开发和研究引起了广大科学者的广

泛关注。

关键字：聚合物薄膜 pn结构

随着二十一世纪新发展中国家的崛起，化石能源的消耗进一步增加。化石能源是指动植物遗体经过漫长的时间所形成的一种能源物质，主要包括石油和煤炭等化石燃料。为了获得工业化生产过程中所需的大规模电力，必然要增加化石燃料的使用量，然而，由于化石能源的再生需要相当长的时间，与之相比，化石能源使用量的快速增加则使其面临在未来几个世纪消耗殆尽的危险。如果化石能源耗尽，则在其基础上不断发展的人类科学文明必然会停步不前，与此同时，不仅在能源方面，甚至连人类自身的生存都将面临风险。因此，在本世纪人类必须要着眼于开发一种新的可再生能源。太阳能是个最好的选择，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.

1、不同材料太阳能电池分类及特性简介

1.1 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。

1.2 硅基薄膜太阳电池多品硅(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，多品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。

1.3 化合物半导体薄膜太阳电池化合物半导体薄膜太阳电池主要有铜铟硒(cis)和铜铟镓硒(cigs)、cdte、gaas等，它们都是直接带隙材料，带隙宽度eg在1-1.6ev之间，具有很好大范围太阳光谱响应特性，所需材料只要几个微米厚就能吸收阳光的绝大部分，是制作薄膜太阳电池的优选活性材料。

1.4 染料敏化ti0z纳米薄膜太阳电池（dsc）dsc具有理论转换效率高，透明性高，廉价成本和简单工艺等优点，实验室光电效率稳定在10％以上，缺点是使用液体电解质，带来使用不便以及对环境影响。

2、有机聚合物薄膜太阳能电池

在太阳能电池中以聚合物膜代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制备的研究方向。

2.1 聚合物太阳能电池原理

聚合物太阳能电池的基本工作原理与无机太阳能电池相似，概

括的说是基于半导体异质结(p—n结)或金属/半导体界面附近的光生伏特效应(photovohaic effect)。

具体过程为：在光照下，给体和受体分子被激发至各自的激发态，即电子从最高占有分子轨道(homo)激发到最低未占有分子轨道(lumo)，从而产生了电子一空穴对(激子)。然后，给体中的光生电子快速的转移至受体，同时受体中的光生空穴快速的转移至给体。这个转移过程在几个皮秒内完成，从而有效地阻止了光激发元的发光复合，导致了高效的电荷分离。这样，在外场作用下，电子和空穴分别向阳极和阴极迁移，运动形成了光电流。

2.2 主要聚合方法

2.2.1 pd催化缩合反应

它的突出特点是合成出具有确定结构顺序的重复单元，也是非常普遍的共轭高分子合成反应方法。所得聚合物的数均分子量在l0～1og／mol之间。

2.3 聚合物太阳能电池材料

2.3.1 电子给体材料

常见的电子给体材料主要有聚对苯撑乙烯类(ppv)、聚噻吩类(pt)等。

2.4 聚合物薄膜太阳能电池的进展及展望

在过去的几十年里，人类投入了巨大的精力来研究聚合物太阳能电池。研究显示聚合物太阳能电池的光电转换效率已到了6％左

右，但相对于无机太阳能电池来说，还是较低。因此，科研工作者们通过制备新的材料、优化材料结构以及完善理论等方面，正朝着与太阳光谱匹配的光谱响应、较高光电转换效率、较好稳定性的聚合物太阳能电池材料的目标前进。

虽然聚合物太阳能电池的光电转换效率已经达到了6％左右，但是与成熟的无机太阳能电池相比，聚合物太阳能电池的光谱匹配、光电性能及稳定性方面还较低。因此，要想获得光谱响应和光电转换效率较好的聚合物太阳能电池需从以下几点着手：(1)形成聚合物材料的单体具有较大的刚性结构，且易通过烷基化等方式提高其溶解性；(2)在聚合物中引入窄带隙的共轭单元，从而增加共轭程度，降低带隙；(3)开发新的电子受体聚合物材料等。

参考文献：

1、有机太阳能电池技术及市场展望，光机电信息，2010，27（8），1-9；

2、任侠，王农，聚合物太阳能电池及材料概述，广州化工，2010，38（8），19-22；

3、sun-young park，hye-ri kim，yong-jin kang，dong-ho kim，jae-wook kang，organic solar cells employing magnetron sputtered p-type nickel oxide thin film as the anode buffer layer ,solar energy materials & solar cells,2010,2332-2336;

4、jonas weickert, haiyan sun, claudia palumbiny, holger christian hesse, lukas schmidt-mende, spray-deposited pedot:pss for inverted organic solar cells, solar energy materials & solar cells,2010,2371-2374;