聚合物太阳能电池.
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
聚合物太阳能电池
研究背景
发展历史 电池结构
基本原理wenku.baidu.com
电池材料 应用前景
发展方向
研究背景
能源问题是人类面临的最现实问题。它不仅仅表现在常规 能源的不足，更重要的是化石能源的开发利用带来的诸多 环境问题。目前全球热点问题是如何迎接在能源短缺和环 境保护双重制约条件下实现经济和社会可持续发展的重大 挑战。 太阳能是可再生能源，是真正意义上的环保洁净能源，其 开发利用必将得到长足的发展，并终将成为世界能源结构 中的主导能源。太阳能的开发利用必将得到长足的发展， 并终将成为世界能源结构中的主导能源。
应用前景
聚合物光电池经过一系列的改进之后，有望使用于一定 的商业用途。由于性能参数接近于非晶硅光电池的水平，以 及原料便宜、制造简单的优势，聚合物光电池已经可以应用 于非晶硅光电池的所有应用领域。聚合物光电池在具体实际 应用上，初期应用目标是民用电器如计算器、电子表、小型 仪表及儿童玩具等的电源。这些应用所需光源强度多为室内 照明光源强度：0．1～1mW/cm2。特别要指出的是由于这类光 电池是全固体组成，将特别适用于即将兴起的手提式个人数 据处理器(PDA)、手机、行动电话、电子图书及电子报纸的电 源。
发展方向
尽管聚合物光电池的研究取得了重大进展，获得了较高 的开路电压，但聚合物光电池同目前应用领域占主导地位的 无机光电池相比，其主要问题仍然是光电能量转换效率较低， 较低的填充因子(Fill factor)及短路电流限制光电能量转换 效率。较低的光电流是由于较低的光吸收以及光电流产生和 传输中的较大损耗造成的，而低的填充因子则是由于低的电 荷传输和高的复合所致。因此目前各国研究人员的研究方向 大多数集中在：
2004年，Alam等利用MEH-PPV为电子供体，BBL为电子受体 制作的纯聚合物双层太阳电池器件的能量转换效率达到 4.6％（AM 1.5，100mW/cm2），这是聚合物双层异质结电 池器件报道的最高效率。 2005年，Heeger课题组报道了采用新颖的器件制作方法， 制作出的聚（ 3-己基噻吩）P3HT 与 PCBM( 富勒烯衍生物） 掺混的本体异质结电池薄膜经 150 ℃退火后，所得电池器 件表现出高达 5％的能量转换效率（ AM 1.5， 80mW/cm2 ）。
发展历史
1977 年, 黑格等人发现，聚乙炔用 I2 、AsF5掺杂后电导率 从10-6S/cm增加到102-103S/cm，增幅达8-9个数量级，传 统意义上的绝缘体竟然表现出导体和半导体的许多光电性 质，这引起了科学界的极大震动，开创了第四代高分子材 料——导电聚合物（聚合物半导体）的新时代。 1982年，温伯格等人研究了聚乙炔的光伏性质，制造出了 第一个具有真正意义上的太阳电池，但是当时的转换效率 极低（10-3％）。紧接着，哥勒尼斯等人制作了各种聚噻 吩的太阳电池，当时都面临的问题是极低的开路电压和光 电转换效率。
1992 年，萨利奇夫奇等人发现 2-甲氧基 -5-(2- 乙基 - 己氧 基)-1,4-苯乙炔（MEH-PPV）与C60复合体系中存在快速光 诱导电子转移现象，引起了人们的极大兴趣，随之共轭聚 合物/C60复合体系在太阳电池中的应用得到了迅速的发展。 当时电池结构上主要采用的双层器件，而在1994年，Yu等 制作了第一个光伏电池，他们通过将一个 MEH-PPV:C60 （质量比为 10:1 ）的混合物溶液旋涂在 ITO 即导电玻璃上， 再在上面蒸镀了 Ca 电极，获得了一个 5.5mA/W 的光密度， 比纯聚合物的光密度高了一个数量级。
(1) 改善光吸收，主要是使用具有近红外或者红外吸收的 聚合物或染料； (2) 改善光电流的产生，使用具有高流动性的聚合物及高 有序相的液晶材料； (3)使用具有高迁移率的无机纳米材料； (4)器件制备过程的优化与稳定性的探索； (5)对聚合物光伏器件物理理论及实验技术的探索。
THANK YOU
基本原理
聚合物太阳电池的基本原理是利用光入射到半导体的异 质结或金属半导体界面附近产生的光生伏打效应 (Photovoltaic)。光生伏打效应是光激发产生的电子空穴对 一激子被各种因素引起的静电势能分离产生电动势的现象。 当光子入射到光敏材料时，光敏材料被激发产生电子和空穴 对，在太阳能电池内建电场的作用下分离和传输，然后被各 自的电极收集。在电荷传输的过程中，电子向阴极移动，空 穴向阳极移动，如果将器件的外部用导线连接起来，这样在 器件的内部和外部就形成了电流。
四种典型聚台物太阳能电池的结构
电池材料
目前常用于聚合物太阳能电池研究的聚合物材料主要包 括聚噻吩(PTH)衍生物、聚苯乙炔(PPV)衍生物、聚苯胺(PANI) 以及其它类聚合物材料。这类聚合物都具有大的π—π共轭 体系，可通过掺杂或化学分子修饰来调整材料的电导性，使 带隙降低，通常为2.0～2.2eV，可有效地吸收太阳光。例如 MEH-PPV具有很强的吸收峰且吸收系数很高，在吸收峰最大值 时200nm厚的聚合物薄膜就可吸收 90%的入射光。在所有这类 聚合物中，PTH和PPV的光电性能以及特有的分子构架使得其 在聚合物太阳能研究中较为活跃。除了共轭聚合物外，富勒 烯族材料由于具有良好的π共轭体系、高的电子亲和能与离 子活化能、大的可见光范围消光系数以及光稳定性较强，因 而在聚合物光伏电池研究中也颇为看好。碳纳米管由于其独 特的纳米性能也受到青睐。
聚合物太阳能电池的结构
聚合物太阳能电池是有机太阳能电池研究的一个组成部 分。围绕提高有机太阳能电池效率的研究，在过去的几年中 取得了大量成果，从材料的选择到器件结构的优化都进行了 不同程度的改进。在器件设计方面有机太阳能电池出现了四 种结构：单层器件、双层或多层器件、复合层器件、层压结 构器件，图2给出了这四种方式结构示意图。采用这些器件结 构的耳的在于通过提高有机分子材料中电荷分离和收集的效 率来得到较高的电池转换效率。
研究背景
发展历史 电池结构
基本原理wenku.baidu.com
电池材料 应用前景
发展方向
研究背景
能源问题是人类面临的最现实问题。它不仅仅表现在常规 能源的不足，更重要的是化石能源的开发利用带来的诸多 环境问题。目前全球热点问题是如何迎接在能源短缺和环 境保护双重制约条件下实现经济和社会可持续发展的重大 挑战。 太阳能是可再生能源，是真正意义上的环保洁净能源，其 开发利用必将得到长足的发展，并终将成为世界能源结构 中的主导能源。太阳能的开发利用必将得到长足的发展， 并终将成为世界能源结构中的主导能源。
应用前景
聚合物光电池经过一系列的改进之后，有望使用于一定 的商业用途。由于性能参数接近于非晶硅光电池的水平，以 及原料便宜、制造简单的优势，聚合物光电池已经可以应用 于非晶硅光电池的所有应用领域。聚合物光电池在具体实际 应用上，初期应用目标是民用电器如计算器、电子表、小型 仪表及儿童玩具等的电源。这些应用所需光源强度多为室内 照明光源强度：0．1～1mW/cm2。特别要指出的是由于这类光 电池是全固体组成，将特别适用于即将兴起的手提式个人数 据处理器(PDA)、手机、行动电话、电子图书及电子报纸的电 源。
发展方向
尽管聚合物光电池的研究取得了重大进展，获得了较高 的开路电压，但聚合物光电池同目前应用领域占主导地位的 无机光电池相比，其主要问题仍然是光电能量转换效率较低， 较低的填充因子(Fill factor)及短路电流限制光电能量转换 效率。较低的光电流是由于较低的光吸收以及光电流产生和 传输中的较大损耗造成的，而低的填充因子则是由于低的电 荷传输和高的复合所致。因此目前各国研究人员的研究方向 大多数集中在：
2004年，Alam等利用MEH-PPV为电子供体，BBL为电子受体 制作的纯聚合物双层太阳电池器件的能量转换效率达到 4.6％（AM 1.5，100mW/cm2），这是聚合物双层异质结电 池器件报道的最高效率。 2005年，Heeger课题组报道了采用新颖的器件制作方法， 制作出的聚（ 3-己基噻吩）P3HT 与 PCBM( 富勒烯衍生物） 掺混的本体异质结电池薄膜经 150 ℃退火后，所得电池器 件表现出高达 5％的能量转换效率（ AM 1.5， 80mW/cm2 ）。
发展历史
1977 年, 黑格等人发现，聚乙炔用 I2 、AsF5掺杂后电导率 从10-6S/cm增加到102-103S/cm，增幅达8-9个数量级，传 统意义上的绝缘体竟然表现出导体和半导体的许多光电性 质，这引起了科学界的极大震动，开创了第四代高分子材 料——导电聚合物（聚合物半导体）的新时代。 1982年，温伯格等人研究了聚乙炔的光伏性质，制造出了 第一个具有真正意义上的太阳电池，但是当时的转换效率 极低（10-3％）。紧接着，哥勒尼斯等人制作了各种聚噻 吩的太阳电池，当时都面临的问题是极低的开路电压和光 电转换效率。
1992 年，萨利奇夫奇等人发现 2-甲氧基 -5-(2- 乙基 - 己氧 基)-1,4-苯乙炔（MEH-PPV）与C60复合体系中存在快速光 诱导电子转移现象，引起了人们的极大兴趣，随之共轭聚 合物/C60复合体系在太阳电池中的应用得到了迅速的发展。 当时电池结构上主要采用的双层器件，而在1994年，Yu等 制作了第一个光伏电池，他们通过将一个 MEH-PPV:C60 （质量比为 10:1 ）的混合物溶液旋涂在 ITO 即导电玻璃上， 再在上面蒸镀了 Ca 电极，获得了一个 5.5mA/W 的光密度， 比纯聚合物的光密度高了一个数量级。
(1) 改善光吸收，主要是使用具有近红外或者红外吸收的 聚合物或染料； (2) 改善光电流的产生，使用具有高流动性的聚合物及高 有序相的液晶材料； (3)使用具有高迁移率的无机纳米材料； (4)器件制备过程的优化与稳定性的探索； (5)对聚合物光伏器件物理理论及实验技术的探索。
THANK YOU
基本原理
聚合物太阳电池的基本原理是利用光入射到半导体的异 质结或金属半导体界面附近产生的光生伏打效应 (Photovoltaic)。光生伏打效应是光激发产生的电子空穴对 一激子被各种因素引起的静电势能分离产生电动势的现象。 当光子入射到光敏材料时，光敏材料被激发产生电子和空穴 对，在太阳能电池内建电场的作用下分离和传输，然后被各 自的电极收集。在电荷传输的过程中，电子向阴极移动，空 穴向阳极移动，如果将器件的外部用导线连接起来，这样在 器件的内部和外部就形成了电流。
四种典型聚台物太阳能电池的结构
电池材料
目前常用于聚合物太阳能电池研究的聚合物材料主要包 括聚噻吩(PTH)衍生物、聚苯乙炔(PPV)衍生物、聚苯胺(PANI) 以及其它类聚合物材料。这类聚合物都具有大的π—π共轭 体系，可通过掺杂或化学分子修饰来调整材料的电导性，使 带隙降低，通常为2.0～2.2eV，可有效地吸收太阳光。例如 MEH-PPV具有很强的吸收峰且吸收系数很高，在吸收峰最大值 时200nm厚的聚合物薄膜就可吸收 90%的入射光。在所有这类 聚合物中，PTH和PPV的光电性能以及特有的分子构架使得其 在聚合物太阳能研究中较为活跃。除了共轭聚合物外，富勒 烯族材料由于具有良好的π共轭体系、高的电子亲和能与离 子活化能、大的可见光范围消光系数以及光稳定性较强，因 而在聚合物光伏电池研究中也颇为看好。碳纳米管由于其独 特的纳米性能也受到青睐。
聚合物太阳能电池的结构
聚合物太阳能电池是有机太阳能电池研究的一个组成部 分。围绕提高有机太阳能电池效率的研究，在过去的几年中 取得了大量成果，从材料的选择到器件结构的优化都进行了 不同程度的改进。在器件设计方面有机太阳能电池出现了四 种结构：单层器件、双层或多层器件、复合层器件、层压结 构器件，图2给出了这四种方式结构示意图。采用这些器件结 构的耳的在于通过提高有机分子材料中电荷分离和收集的效 率来得到较高的电池转换效率。