柔性太阳能电池概述
有机太阳能电池课件
透明导电氧化物
如氧化铟锡（ITO），具有 高透光率、低电阻率，常 用作电池的阳极。
金属电极
如铝、银等，具有良好的 导电性和稳定性，常用作 电池的阴极。
碳电极
如石墨烯、碳纤维等，具 有高导电性、低成本和环 境友好性，是电极材料的 新兴选择。
电池结构
• 单异质结结构：由单一活性层夹在两个不同电极之间构成，简单且易于制备。 • 双异质结结构：由两种不同活性层材料组成，能够拓宽光谱吸收范围，提高光电转换效率。 • 叠层结构：将多个单电池按一定方式叠加起来，能够充分利用太阳光，并提高开路电压和填充因子。 • 这些材料与结构是有机太阳能电池的核心组成部分，深刻影响着电池的性能和效率。通过不断优化材料选择与结构设计，
VS
寿命
太阳能电池的寿命是指其在正常使用条件 下性能衰减到一定程度所需的时间。提高 有机太阳能电池的寿命需要优化材料和器 件结构，降低载流子复合、界面缺陷等不 利因素。同时，合适的封装技术和存储条 件也可以延长有机太阳能电池的寿命。
05
有机太阳能电池的未来发展与挑 战
提高光电转换效率的途径
活性层材料设计与优化
影响因素
光电转换效率受到多种因素影响，包括吸收光谱匹配、载流子迁移率、激子解离效率、电荷收集效率 等。提高这些方面的性能可以有效提升有机太阳能电池的光电转换效率。
稳定性与寿命
稳定性
有机太阳能电池在长期使用过程中应保 持良好的性能稳定性。这要求材料具有 良好的光、热、氧稳定性，以及器件结 构的有效封装。
涂膜工艺
旋涂法
将配制好的溶液通过旋涂法涂布在基 底上，形成一层均匀、平整的薄膜。 旋涂速度、溶液浓度和基底温度等因 素都会影响膜厚和膜形貌。
刮刀法
太阳能电池材料的种类、原理和特点
太阳能电池是一种将太阳能直接转换为电能的装置，它是太阳能光伏发电系统的核心部件之一。
太阳能电池材料的种类、原理和特点是影响太阳能电池性能和应用领域的关键因素。
本文将围绕这一主题展开讨论，以便为读者深入了解太阳能电池提供全面的了解。
一、太阳能电池材料的种类太阳能电池材料可以分为晶体硅、非晶硅、多晶硅、柔性薄膜电池材料等几种主要类型。
1. 晶体硅晶体硅是太阳能电池最常用的材料之一，它主要由单晶硅和多晶硅两种类型，其中单晶硅的电池效率较高，但成本较高，多晶硅则相对便宜一些。
2. 非晶硅非晶硅是一种非晶态材料，是将硅薄片进行涂覆和烧结而成的，其电池效率较低，但成本较低，适合一些需要成本控制的应用场景。
3. 多晶硅多晶硅电池是利用多晶硅片制成，其性价比相对较高，广泛应用于家用光伏电站和商业光伏电站中。
4. 柔性薄膜电池材料柔性薄膜电池是一种新型的太阳能电池材料，主要由非晶硅材料、铜铟镓硒等化合物材料制成，具有柔性、轻薄、便于携带等优点，是未来太阳能电池发展的方向。
二、太阳能电池材料的原理太阳能电池是利用光电效应将太阳能直接转换为电能的装置。
不同类型的太阳能电池材料有着不同的工作原理。
1. 晶体硅晶体硅太阳能电池的工作原理是通过P-N结构实现的。
当太阳光照射在P-N结上时，光子的能量被硅中的电子吸收并激发，使得电子跃迁到导带中，形成光生电子和空穴。
这些光生电子和空穴会在P-N结的作用下分离，从而形成电流，从而实现将太阳能光能转化为电能。
2. 非晶硅非晶硅太阳能电池利用非晶硅薄膜吸收太阳光的能量，并将其转化为电能。
其工作原理与晶体硅相似，但非晶硅的材料结构不规则，电子的运动方式也有所不同。
3. 柔性薄膜电池材料柔性薄膜电池材料利用非晶硅、铜铟镓硒等化合物材料，通过薄膜沉积技术将材料制备成薄膜，实现光伏效应的转化工作原理与晶体硅和非晶硅类似，通过材料的光电转换将太阳光能转换为电能。
三、太阳能电池材料的特点不同种类的太阳能电池材料各有其独特的特点和适用场景。
薄膜太阳能电池种类
薄膜太阳能电池种类薄膜太阳能电池是一种新型的太阳能电池技术，相比传统的硅基太阳能电池，薄膜太阳能电池具有更轻薄、柔性、低成本等优点。
随着科技的不断进步，薄膜太阳能电池也在不断发展和演进。
本文将介绍几种常见的薄膜太阳能电池种类。
1. 铜铟镓硒薄膜太阳能电池（CIGS）铜铟镓硒薄膜太阳能电池是目前应用最广泛的薄膜太阳能电池之一。
它是由铜（Copper）、铟（Indium）、镓（Gallium）和硒（Selenium）等元素组成的薄膜材料。
CIGS薄膜太阳能电池具有高光电转换效率、良好的低光照性能和较高的稳定性。
此外，CIGS 薄膜太阳能电池制造工艺简单，可采用卷绕式生产，适用于大规模生产。
2. 钙钛矿薄膜太阳能电池钙钛矿薄膜太阳能电池是近年来兴起的一种新型薄膜太阳能电池。
钙钛矿材料具有优异的光电转换效率，可以达到甚至超过传统硅基太阳能电池的效率。
钙钛矿薄膜太阳能电池制作工艺相对简单，可以采用喷涂、印刷等低成本制备技术。
然而，钙钛矿薄膜太阳能电池的稳定性仍然是一个挑战，需要进一步的研究和改进。
3. 有机薄膜太阳能电池有机薄膜太阳能电池是一种利用有机半导体材料制作的薄膜太阳能电池。
有机薄膜太阳能电池具有柔性、轻薄、透明等特点，可以应用于更广泛的场景，如可穿戴设备、建筑外墙等。
有机薄膜太阳能电池的制备工艺相对简单，可以采用印刷、喷涂等低成本的大面积制备技术。
然而，有机薄膜太阳能电池的光电转换效率相对较低，稳定性也有待提高。
4. 硒化镉薄膜太阳能电池硒化镉薄膜太阳能电池是一种利用硒化镉材料制作的薄膜太阳能电池。
硒化镉薄膜太阳能电池具有高光电转换效率和较好的稳定性。
硒化镉薄膜太阳能电池的制备工艺相对简单，可以采用蒸镉、蒸硒等方法制备。
然而，硒化镉薄膜太阳能电池的环境友好性存在争议，因为镉元素对环境有一定的污染风险。
总结一下，薄膜太阳能电池是太阳能电池技术的重要分支，具有轻薄、柔性、低成本等优点。
铜铟镓硒薄膜太阳能电池、钙钛矿薄膜太阳能电池、有机薄膜太阳能电池和硒化镉薄膜太阳能电池是其中的几种常见类型。
柔性光伏材料与器件课程设计论文.
编号毕业设计（论文）题目二级学院（全称）专业（全称）班级（全称）学生姓名学号指导教师职称时间摘要在化石能源日益枯竭和全球气候持续变暖的环境背景下, 以太阳能光伏技术为支撑的太阳能利用正在给人类的能源消费结构带来革命性的变化。
应对由于原料短缺所造成的光伏产业瓶颈的根本途径, 就是以其他廉价易得的物质为原料, 开发和研制新型太阳能电池。
这其中, 柔性非晶硅薄膜太阳能电池, 柔性染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池作为新型太阳能电池的典型代表, 正在引起越来越多的关注。
电池制备工艺简单, 具有制造面积大、廉价、简易、柔性、实用性强等优点。
一、柔性薄膜太阳能电池在薄膜电池中硅基技术相对成熟，但是柔性硅基电池在国内还缺乏卷对卷大规模生产的核心技术和设备。
因此新技术的研发迫在眉睫。
例如, 中科院上海高等研究院利用一种廉价的图形化金属衬底，有效提高了非晶硅薄膜太阳能电池的能量转换效率：采用简单的阳极氧化法在该衬底形成尺寸可调的坑状纳米结构，有效激发了硅薄膜内的光波导模式和银背反层表面等离激元共振，使得电池的短路电流提高了31%,而能量转换效率提高了27%。
研究结果对于制备廉价的薄膜太阳能电池具有一定的指导意义, 并有望向产业化转移进行大面积应用。
1.1 非晶硅基薄膜太阳电池作为一种光伏器件, 非晶硅太阳电池载流子的产生机理具有特殊之处。
非晶硅半导体具有比晶体硅高一个数量级的光吸收系数, 一个微米厚的非晶硅就能将阳光中的90%的能量吸收,而晶体硅需要100-300微米, 这一特性决定了柔性非晶硅太阳电池具有极大的质量比功率的可能性。
非晶硅太阳电池是一种迁移型电流电池, 光生载流子借助于本征层内强大的电场驱动(>10 4 V/cm)作迁移运动到达n 区或者p 区,形成光电流。
有多少载流子能成为光电流,即所谓的内量子效率,主要取决于结内电场强度。
这完全不同于晶体硅太阳电池, 后者的光生载流子是依靠其扩散运动进入空间电荷区, 形成光生电流, 有多少光生载流子能成为光电流,主要取决于少子的扩散长度, 因此, 后者又可称为扩散型电流电池。
光伏电池的缺陷种类_解释说明以及概述
光伏电池的缺陷种类解释说明以及概述1. 引言1.1 概述光伏电池作为一种转换太阳能为电能的关键技术，已被广泛应用于各个领域。
然而，虽然光伏电池具有许多优点，但它们也存在着各种缺陷。
本文将探讨光伏电池的不同缺陷种类、这些缺陷对光伏电池性能的影响以及当前解决方法和技术进展。
1.2 文章结构本文分为五个主要部分。
首先是引言部分，介绍了文章的背景和主要内容。
接下来是第二部分，探讨了光伏电池的缺陷种类，并提供了详细说明。
第三部分将解释每种缺陷种类及其对光伏电池性能的影响进行深入阐述。
第四部分概述了目前在解决这些缺陷问题上所取得的成果以及未来可能的发展方向和解决方案。
最后，第五部分总结了全文内容并提出研究发展方向或问题解决建议。
1.3 目的本文旨在全面探讨光伏电池存在的不同缺陷种类，并解释每种缺陷的原因和对光伏电池性能的影响。
同时，本文将介绍当前已有的解决方法和技术进展，并探讨未来可能的发展方向和解决方案。
通过对这些问题进行深入分析，我们可以更好地了解光伏电池面临的挑战，并为未来的研究和应用提供指导和建议。
2. 光伏电池的缺陷种类：2.1 第一种缺陷种类：第一种缺陷种类是光伏电池内部首要材料的结构问题。
这些问题可能包括晶体缺陷、晶界缺陷以及杂质等。
晶体缺陷指的是晶格中的原子或离子位置偏移，它们会导致电子和空穴在其中运动时发生散射，从而减少光伏电池的效率。
晶界缺陷则是由于不同晶体之间边界处存在的缺陷引起的，它们在其中会出现额外的能级并增加反射或复合损失。
此外，杂质也可能进入到光伏材料中，改变其电子结构并且影响能带结构和载流子传输。
2.2 第二种缺陷种类：第二种缺陷种类是与电极接触有关的问题。
在光伏电池中，电极是将产生的光生载流子收集起来供应给外部使用的关键组件。
然而，由于接触阻抗、粘附力或氧化等原因，电极与活性层之间可能出现不良接触或接触问题。
这些问题会导致大量载流子无法有效传输和收集，从而降低光伏电池的效率。
有机太阳电池工作原理
有机太阳电池工作原理有机太阳能电池（Organic Solar Cell，简称OSC）是一种新型的光电转换器件，可以将太阳能转化为电能。
相较于传统的硅基太阳能电池，有机太阳能电池具有柔性、可印刷、颜色可调、成本低廉等特点，因此在可穿戴设备、智能家居、建筑一体化等领域具有广阔的应用前景。
本文将详细介绍有机太阳能电池的工作原理。
有机太阳能电池采用有机半导体材料作为光吸收层，常见的有机半导体材料包括聚合物和小分子化合物。
光吸收层能够吸收太阳光中的光子，并将其转化为电子-空穴对。
当光子作用于有机半导体材料时，会产生激子（exciton），即由一个带有正电荷的空穴和一个带有负电荷的电子组成的复合粒子。
激子的形成是有机太阳能电池工作的关键步骤，好比捡起并加载的子弹。
在有机太阳能电池中，通常会使用两种不同类型的有机半导体材料：给体（donor）和受体（acceptor）。
给体和受体的带隙能级差较大，可以形成有效的电荷传输通道。
在光吸收层中，激子会逐渐扩散并分离为电子和空穴，其中电子会向受体迁移，形成电子输运通道。
为了促进电子和空穴的迁移，并将其转化为电流，有机太阳能电池通常在光吸收层的两侧添加金属电极。
金属电极将电子和空穴输送到外部电路中，并完成电能的转化。
对于有机太阳能电池而言，一般选择有高导电性和透明性的材料作为电极，如导电聚合物、碳纳米管等。
在有机太阳能电池中，光能转化为电能的效率可通过外部电路中等效电路模型的参数来描述，如开路电压（open-circuit voltage，Voc）、短路电流（short-circuit current，Jsc）、填充因子（fill factor，FF）等。
在实际应用中，有机太阳能电池通常采用多层结构，其中最常见的是堆叠式结构和正反型异质结构。
堆叠式结构的有机太阳能电池中，多个光吸收层垂直叠加，每个光吸收层吸收不同波长范围的太阳光。
正反型异质结构的有机太阳能电池中，光吸收层和电子传输层通过中间的隔离层分割开，可实现更高的光电转化效率。
太阳能电池综述：材料、政策驱动机制及应用前景
太阳能电池综述：材料、政策驱动机制及应用前景一、本文概述随着全球能源需求的持续增长和对环境保护的日益关注，太阳能电池作为一种清洁、可再生的能源转换技术，已经引起了广泛关注。
本文旨在全面综述太阳能电池领域的最新研究进展，包括关键材料的发展、政策驱动机制以及应用前景。
文章首先介绍了太阳能电池的基本原理和分类，然后重点分析了不同类型太阳能电池的关键材料及其性能特点。
在此基础上，文章深入探讨了国家政策对太阳能电池发展的推动作用，包括补贴政策、税收优惠、研发资助等。
文章展望了太阳能电池在未来的应用前景，包括在建筑、交通、航天等领域的应用潜力。
通过本文的综述，旨在为读者提供一个全面、深入的了解太阳能电池领域的窗口，为相关研究和产业发展提供参考。
二、太阳能电池材料太阳能电池的性能和效率在很大程度上取决于所使用的材料。
随着科技的进步，太阳能电池材料的种类和性能也在不断发展。
目前，市场上主流的太阳能电池材料主要包括硅基材料、多元化合物材料、有机材料以及新兴材料如钙钛矿材料等。
硅基材料是最早也是目前应用最广泛的太阳能电池材料。
单晶硅和多晶硅因其稳定的性能和较高的光电转换效率而备受欢迎。
然而，硅基材料也存在一些限制，如成本较高、制备工艺复杂等。
为了降低成本，研究人员正在探索使用薄膜硅、纳米硅等新型硅基材料。
多元化合物材料主要包括铜铟镓硒（CIGS）、铜锌锡硫（CZTS）等。
这些材料具有较高的光电转换效率和较低的成本，因此在近年来得到了广泛的关注。
然而，多元化合物材料的稳定性和制备工艺仍需进一步改进。
有机材料太阳能电池以其轻质、柔性、可大面积制备等优势而受到关注。
有机太阳能电池主要使用聚合物或有机小分子作为光活性材料，通过光电转换过程产生电能。
尽管目前有机太阳能电池的光电转换效率相对较低，但其低廉的成本和潜在的应用场景使得这一领域具有巨大的发展潜力。
除了上述几种主流材料外，新兴材料如钙钛矿材料也备受瞩目。
钙钛矿材料具有优异的光电性能和较低的成本，被认为是一种极具潜力的下一代太阳能电池材料。
钙钛矿太阳能电池概述
钙钛矿太阳能电池概述英文回答：Calcium titanium oxide, also known as perovskite, is a material that has gained significant attention in the field of solar energy. Perovskite solar cells (PSCs) are a typeof solar cell that utilize this material as the light-absorbing layer. PSCs have attracted immense interest dueto their high efficiency, low cost, and ease of fabrication.One of the key advantages of perovskite solar cells is their high power conversion efficiency. PSCs have achieved impressive efficiency levels, with some laboratory-scale devices surpassing 25%. This is comparable to traditional silicon-based solar cells, which have been the dominant technology in the industry for decades. The high efficiency of PSCs is attributed to the unique properties of the perovskite material, such as its high absorptioncoefficient and long carrier diffusion length.Another advantage of perovskite solar cells is theirlow cost. The materials used in PSCs are abundant andreadily available, which makes them more cost-effective compared to silicon-based solar cells. Additionally, the manufacturing process of PSCs is relatively simple and can be carried out using low-temperature solution-based methods, which further reduces the production costs.Furthermore, perovskite solar cells offer versatilityin terms of their form factor. The perovskite material can be easily processed into thin films, which allows for the fabrication of flexible and lightweight solar panels. This opens up new possibilities for integrating solar cells into various applications, such as wearable devices, building-integrated photovoltaics, and even consumer electronics.Despite these advantages, there are still some challenges that need to be addressed before perovskitesolar cells can be widely adopted. One of the main challenges is the stability of the perovskite material. PSCs are prone to degradation when exposed to moisture, heat, and light. Researchers are actively working ondeveloping strategies to improve the stability and durability of the perovskite material, such as encapsulation techniques and the use of additives.In conclusion, perovskite solar cells have emerged as a promising alternative to traditional silicon-based solar cells. They offer high efficiency, low cost, andversatility in form factor. With further research and development, perovskite solar cells have the potential to revolutionize the solar energy industry and contribute to a more sustainable future.中文回答：钙钛矿，也被称为钙钛石，是一种在太阳能领域引起了极大关注的材料。
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柔性太阳能电池研究概述msesmart@gmail.com编写2011年华中科技大学
1、引言
柔性太阳能电池，是薄膜太阳能电池的一种，而且技术先进、性能优良、成本低廉、用途广泛。可以应用于太阳能背包、太阳能敞篷、太阳能手电筒、太阳能汽车、太阳能帆船甚至太阳能飞机上。柔性太阳能的一个重要应用领域是BIPV（BuildingIntegratedPhotovoltaic，光伏建筑一体化），它可以集成在窗户或屋顶、外墙或内墙上。
2、太阳能电池原理在金属表面照射紫外光，可以发生光电效应。如爱因斯坦结束的那样，由于入射光的光子能量大于电子的束缚能，所以产生自由电子。太阳能电池的功能是把太阳光转换为电压和电流，是一种光电转换。光伏效应比光电效应的效率高得多。因为在发生光伏效应的太阳能电池中，2种极性相反的半导体组成了p-n结（p-nJunction），形成内建电场，驱动电子进入电路，在电路中形成电压和电流。如下图1所示。
图1太阳能电池的基本机构，如图2所示。P-n结由两种极性相反的半导体组成。n型半导体，是掺P的Si晶体，易于给出电子，是施主（donor）材料。p型半导体，是掺B的Si晶体，易于获得电子，是受主（acceptor）材料。它们独立存在时，都是电中性的。当两种半导体连接在一起，电子从n型半导体扩散到p型半导体.在p型半导体靠近边界附近，形成负电荷区，在n型半导体靠近边界附近，形成正电荷区。出现从n型半导体指向p型半导体的内建电场。扩散（diffuse）到p型半导体的部分电子，又在内建电场作用下漂移（drift）到n型半导体，最终p-n结中电子的扩散和漂移达到热平衡。
图2太阳能电池的结构当太阳光照射到P-n结，如果光子能量hv超过带隙的能量阈值，电子吸收hv,进入导带，如图2.3所示。当一个价带电子进入导带，在价带中就留下一个空穴（hole），形成电子-空穴对。P-n结中电子的扩散，形成了内建电场。所以，不管光生电子在n型半导体中生成，还是在p型半导体中生成，都会沿着内建场方向进入n型半导体。这样，光伏效应形成的光生电场减弱了内建电场，光生电场和内建电场达到平衡后形成稳定的光生电流。被激发的电子通过和n型半导体链接的负电极进入电路，在电路中的负载重做功后，回到和p型半导体链接的正电极，电子和价带中的空穴复合，完成了整个光伏效应的过程。
3、无机柔性太阳能电池3.1非晶硅柔性电池晶体硅电池应用广泛，可靠性高，而且人们对其特性和原理有透彻的认识，所以一直是太阳能产业的主流。非晶硅（amorphoussilicon,a-Si）柔性电池的厚度是晶体硅电池的1/300，可以进一步地降低原材料成本。非晶硅柔性电池的一个突破时1997年提出的三结叠层电池结构，提高了转换效率和稳定性，稳定后的转换效率达到8.0%-8.5%。以美国UnitedSolarOvonic公司的非晶硅柔性电池为力，非晶硅三结叠层电池结构包含了三层不同带隙的p-n结吸收层，如图3所示。顶电池用1.8eV带隙的非晶硅a-Si，吸收蓝光。中间电池用1.6eV带隙的硅锗合金a-SiGe，吸收绿光，Ge的含量为10%-15%。底电池用1.4eV带隙的硅锗合金a-SiGe,为40%-50%吸收红光和红外光，Ge的含量较高。太阳光依次通过三层半导体吸收层后，还有一部分没有被吸收的光线，经过Al/ZnO的背反射层反射后，回到三层半导体吸收层，再进行一次吸收过程，背反射层起到陷光作用。这样非晶硅柔性电池可以更有效地吸收入射光，提高了转换效率和输出功率，在低入射光和散射光的条件下，性能更好。
图3非晶硅柔性电池的三结叠层结构的作用3.2铜铟镓硒柔性电池20世纪70年代中期，人们开始研究铜铟镓硒（copperindiumgalliumdiselenide,Cu(In,Ga)Se2,CIGS）薄膜电池。CIGS薄膜属于黄铜矿结构（chalcopyrite）晶体，其带隙可以调节。由于太阳能电池对带隙的要求是1~1.7eV，通过改变III族阳离子In、Ga、Al和VI族阴离子Se、S的含量，可以按照需要调节CIGS的带隙。和非晶硅相比，CIGS晶体内部缺陷少，性能更稳定，组件寿命达25年。在组件使用过程中，铜离子的移动可以修复缺陷，因此组件性能会不断地提高，这和非精贵的光致衰退效应或S-W效应（Staebler-Wronskieflect）恰恰相反。CIGS柔性电池和薄膜电池同DdTe薄膜电池有相似的结构：衬底、背电极、半导体吸收层和窗口导电层，如图4所示。图4CIGS薄膜电池的结构4、有机柔性太阳能电池在有机太阳电池（organicphotovoltaic,OPV）中，有机半导体吸收介质通常由施主材料和受主材料混合而成。施主材料善于给出电子、吸收空穴，混合后具有正电性，共轭聚合物（conjugatedpolymer）是典型的施主材料。受主材料善于吸收电子、给出空穴，混合后具有负电性，富勒烯（fullerene，C60）是典型的受主材料。激子（excition）是被束缚的电子-空穴对，是受激后的准离子（quasiparticle）。受激后，电子和空穴分离，但是电子-空穴对仍然通过静电的库伦力互相吸引，由于库伦束缚而不能彻底分离，形成激子。激子有两种，瓦尔尼-模特激子（Wannier-Mottexcition）和弗伦克尔激子（Frenkelexciton）。瓦尔尼-模特激子存在于在晶体硅半导体中，被激发到导带中的电子和价带中的空穴形成束缚态，库伦力较弱，在0.01eV左右。弗伦克尔激子存在于有机介质的施主材料中，之间的库伦力较强，在0.3eV左右。有机电池光伏发电的原理，如图5所示：（1）施主材料吸收太阳光，产生单线态激子，如图5（a）所示。（2）激子从施主材料，扩散到施主材料和受主材料界面，即施主-受主的异质结，如图5（b）所示。（3）电子被受主材料分子吸收，空穴留在施主材料中，这就是从激子到载流子的分离过程。分离过程很快，共轭聚合物—富勒烯系统中，分离过程仅为100fs，如图5（c）所示。（4）虽然激子分离成载流子，但是电子和空穴之间仍然有库仑束缚。分离后的库仑束缚较弱，复合寿命在ms或um量级。而前面也提到，单线态激子的复合寿命在ns量级，如图5（d）所示。（5）分离后的载流子分别进入正电极和负电极，驱动外电路，如图5（e）所示。图5（a）图5（b）图5（c）图5（d）图5（e）5、染料敏化柔性太阳能电池早在20世纪70年代，人们就希望通过模拟光和作用，开发出新型太阳能电池。那时，人们在半导体晶体材料二氧化钛（titaniumdioxide，TiO2）表面，包裹一层叶绿素（chlorophyll）染料。虽然提出了染料敏化太阳能电池（dye-sensitizedsolarcell,DSC）的概念，但是由于电子在叶绿素中输运困难，转换效率只有0.01%。直到1991年，瑞士化学家MichaelGratzel运用纳米技术，才推动了染料敏化电池的实质性发展，如图6所示。Gratzel把大颗粒的TiO2晶体，替换成直径20nm的小颗粒海绵状TiO2，外层包裹染料薄层，形成10um厚的光学透明薄膜。第一次制成的染料敏化电池，其转换效率就已经达到了7.1%，电流密度达到12mA/cm2。而现在，染料敏化电池转换效率的世界纪录是11%。
图6在燃料敏化电池的结构中，光敏剂（photosensitizer）通过羧基（crboxyl,-COOH）、磷酸基（phosphonicacid,-PO3H2）或硼酸基（boronicacid–B(OH)2）功能团，覆盖在TiO2颗粒表面，形成电荷转移络合物（chargetransfercomplex），再浸泡在氧化还原介体（redoxmediator）溶液中，TCO玻璃和金属衬底分别作为阴极和阳极，如图5.10所示。光敏剂吸收入射光，基态中的So中的电子被激发到高能态S*,在fs到ps时间内，光敏剂中的电子进入TiO2的导带，光敏剂失去电子，被氧化，成为S+。氧化还原介体从金属阳极得到电子，再对光敏剂提供电子，使之还原，回到So.TiO2导带上的自由电子，通过TCO阴极和电路，来到金属阳极，2个电极之间形成电流，驱动电路中的负载。TiO2半导体材料成本低廉、无毒环保、供应丰富。锐钛矿相（antasephase）的纳米晶TiO2,用Pluronic嵌段共聚物P123的胶束模板，由溶胶-凝胶法（sol-gel-hydrothermalprocess）制备。400-500摄氏度的退火去除了残留的交替，加固了TiO2的多孔结构。锐钛矿相纳米晶TiO2薄膜厚度5-20um，孔隙率为50%-75%，TiO2颗粒直径15-30nm,空隙平均直径15nm，如图7所示。燃料和电解液在孔隙中流动，可以和TiO2充分地接触。TiO2的多孔结构的粗糙洗漱>1000，使孔隙中的燃料更好地吸收入射光。TiO2是一种应用广泛的材料，在牙膏、防晒霜、白色油漆等日化产品的成分中，都有TiO2，其特点有：（1）成本低廉；（2）来源丰富；（3）易于生产；（4）工艺成熟；（5）特性透明，适合做窗口曾。图76、结语在全世界各高校和研究机构中，相当一部分科学技术都可能永远不会离开实验室，来到寻常人的生活中个，原因有二：第一，成本太高；第二，实用性不强。为什么柔性太阳能电池却是一个例外呢？因为柔性电池能够走出实验室，进入大规模商业化、普及化阶段，完全克服了以上两点大多数实验室科学技术的不足。它不但成本低廉，还有如下独特的应用优势：1、柔软；2、尺寸随意；3、轻薄；4、安全；5、环保。从制备工艺上说，柔性太阳能电池运用了成熟的高速报纸印刷卷对卷技术，将半导体材料印刷到覆盖在卷筒表面的导电塑料或不锈钢箔片上，印刷技术节约了昂贵的原材料，并可在常压环境下生产，降低了生产成本。今年来，全球对可再生能源和可持续发展问题非常关注，在这样的大背景下，太阳能产业经过多次技术革新浪潮，产品更多元化，应用更广泛，而柔性太阳能电池作为太阳能产业的前沿代表，通过全球各研究机构和企业的不断努力，正以更多、更好、更廉价的方式进入更广阔的太阳能电池市场。
7、参考文献本文章内容全部从《柔性太阳能电池》一书中摘录整理，该书英文原著名为"FlexibleSolarCells"，原著作者为意大利的MarioPagliaro、giovanniPalmisano和rosariaCiriminna；中文版由高扬翻译，上海交通大学出版社2010年出版。图片来自网络搜索，尽量与原著以致。