有机薄膜太阳能电池.ppt
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太阳能电池ppt-PPT课件
太阳能电池
启明物理0901班 庞贵明
导读
★太阳能电池的产生背景 ★太阳能电池的发展历程及现状 ★太阳能电池的原理 ★太阳能电池的分类 ★结束语
太阳能电池的产生背景
自从两次工业革命以后，煤、石油、天然气等化石燃 料相继被广泛地应用到生产生活的各个方面。随着社会经 济的不断发展和人类文明的不断进步，人类对能源的需求 量不断飞速增长。 然而，这些曾经被人们广泛应用并且现在还在被使用 的基本都是不可再生能源。其有限的储量与人类无限的需 求之间构成了不可调和的矛盾。 其次，煤、石油、天然气等化石燃料燃烧后会产生大 量的二氧化碳气体，造成温室效应，加速全球气候变暖， 给人类及其他动植物的生存构成巨大挑战。
太阳能电池的产生背景
再者，这些不可再生能源的大量使用，还会产生环境 污染、生态破坏等严重问题。 因此，开发一种储量巨大、清洁、无污染的可再生能 源已经成为当今社会的广泛共识。 与常规能源相比，太阳能具有三大优势： 其一，它是人类可以利用的最丰富的能源。据统计， 在过去的漫长的十几亿年中，太阳只消耗了它本身能量的 2%。按照这种速度计算，太阳足以供给人类使用几十亿 年，可谓取之不尽、用之不竭。
太阳能电池的发展历程及现状
1839年，法国物理学家贝克勒尔（E.Becquerel）发现液 体的光生伏特效应 【光生伏特效应：半导体受到光照时产生电动势的现象】 1877年，亚当斯（W.G.Adams）研究了硒的光伏效应， 并制作了第一片硒太阳能电池 1883年，美国发明家查尔斯描述了第一块硒太阳能电池的 原理 1918年，波兰科学家Czochralski发展了生长单晶硅的提 拉法工艺 1941年 奥尔在硅上发现光伏效应
太阳能电池的产生背景
其二，在地球上，只要有光照的地方都有太阳能，这 样我们就可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对于 交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有实用价值。 其三，太阳能是一种十分清洁的能源。在开发和利用 太阳能时，不会产生废渣、废水和废气；也没有噪音，更 不会产生大气污染、影响生态平衡等环境问题。 因此，太阳能是一种非常合适的新能源，研究和开发 太阳能，对于我们人类今后的生产生活乃至生存发展历程及现状
启明物理0901班 庞贵明
导读
★太阳能电池的产生背景 ★太阳能电池的发展历程及现状 ★太阳能电池的原理 ★太阳能电池的分类 ★结束语
太阳能电池的产生背景
自从两次工业革命以后，煤、石油、天然气等化石燃 料相继被广泛地应用到生产生活的各个方面。随着社会经 济的不断发展和人类文明的不断进步，人类对能源的需求 量不断飞速增长。 然而，这些曾经被人们广泛应用并且现在还在被使用 的基本都是不可再生能源。其有限的储量与人类无限的需 求之间构成了不可调和的矛盾。 其次，煤、石油、天然气等化石燃料燃烧后会产生大 量的二氧化碳气体，造成温室效应，加速全球气候变暖， 给人类及其他动植物的生存构成巨大挑战。
太阳能电池的产生背景
再者，这些不可再生能源的大量使用，还会产生环境 污染、生态破坏等严重问题。 因此，开发一种储量巨大、清洁、无污染的可再生能 源已经成为当今社会的广泛共识。 与常规能源相比，太阳能具有三大优势： 其一，它是人类可以利用的最丰富的能源。据统计， 在过去的漫长的十几亿年中，太阳只消耗了它本身能量的 2%。按照这种速度计算，太阳足以供给人类使用几十亿 年，可谓取之不尽、用之不竭。
太阳能电池的发展历程及现状
1839年，法国物理学家贝克勒尔（E.Becquerel）发现液 体的光生伏特效应 【光生伏特效应：半导体受到光照时产生电动势的现象】 1877年，亚当斯（W.G.Adams）研究了硒的光伏效应， 并制作了第一片硒太阳能电池 1883年，美国发明家查尔斯描述了第一块硒太阳能电池的 原理 1918年，波兰科学家Czochralski发展了生长单晶硅的提 拉法工艺 1941年 奥尔在硅上发现光伏效应
太阳能电池的产生背景
其二，在地球上，只要有光照的地方都有太阳能，这 样我们就可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对于 交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有实用价值。 其三，太阳能是一种十分清洁的能源。在开发和利用 太阳能时，不会产生废渣、废水和废气；也没有噪音，更 不会产生大气污染、影响生态平衡等环境问题。 因此，太阳能是一种非常合适的新能源，研究和开发 太阳能，对于我们人类今后的生产生活乃至生存发展历程及现状
有机太阳能电池原理与发展简介课件
使用有机材料。
制造成本
钙钛矿太阳能电池的制造成本较 低，因为其使用的钙钛矿材料丰 富且易于加工。有机太阳能电池 的制造成本相对较高，因为其使
用的有机材料较贵。
效率
钙钛矿太阳能电池的效率较高， 但仍在不断提高。有机太阳能电 池的效率相对较低，但仍在逐步
提高。
THANKS
感谢观看
工艺流程
01
02
03
04
清洗基底
清洁玻璃、金属或塑料等基底 。
制备电极
通过物理或化学方法在基底上 形成导电层。
活性层涂布
将有机材料溶液涂布在电极上 ，形成薄膜。
后处理与封装
进行必要的热处理、清洗和封 装，以提高电池稳定性。
性能优化技术
材料改性
通过分子设计优化有机材料的 吸收和传输特性。
界面工程
调控界面材料的电子结构和能 级，提高电荷分离和传输效率 。
有机太阳能电池可应用于居民屋顶、 建筑立面等，实现分布式光伏发电， 提高能源利用效率。
光伏扶贫
有机太阳能电池具有成本低、易于安 装等优势，有助于实现光伏扶贫，助 力贫困地区经济发展。
移动能源领域
便携式电源
有机太阳能电池可作为移动设备的电源，如手机、平板电脑等，提供清洁、可再生的能 源。
电动汽车充电
制造成本
染料敏化太阳能电池的制造成本较低，因为其使用的染料 和二氧化钛都比较便宜。有机太阳能电池的制造成本相对 较高，因为其使用的有机材料较贵。
效率
染料敏化太阳能电池的效率较低，但仍在不断提高。有机 太阳能电池的效率相对较高。
与钙钛矿太阳能电池的比较
材料性质
钙钛矿太阳能电池主要使用钙钛 矿材料，而有机太阳能电池主要
制造成本
钙钛矿太阳能电池的制造成本较 低，因为其使用的钙钛矿材料丰 富且易于加工。有机太阳能电池 的制造成本相对较高，因为其使
用的有机材料较贵。
效率
钙钛矿太阳能电池的效率较高， 但仍在不断提高。有机太阳能电 池的效率相对较低，但仍在逐步
提高。
THANKS
感谢观看
工艺流程
01
02
03
04
清洗基底
清洁玻璃、金属或塑料等基底 。
制备电极
通过物理或化学方法在基底上 形成导电层。
活性层涂布
将有机材料溶液涂布在电极上 ，形成薄膜。
后处理与封装
进行必要的热处理、清洗和封 装，以提高电池稳定性。
性能优化技术
材料改性
通过分子设计优化有机材料的 吸收和传输特性。
界面工程
调控界面材料的电子结构和能 级，提高电荷分离和传输效率 。
有机太阳能电池可应用于居民屋顶、 建筑立面等，实现分布式光伏发电， 提高能源利用效率。
光伏扶贫
有机太阳能电池具有成本低、易于安 装等优势，有助于实现光伏扶贫，助 力贫困地区经济发展。
移动能源领域
便携式电源
有机太阳能电池可作为移动设备的电源，如手机、平板电脑等，提供清洁、可再生的能 源。
电动汽车充电
制造成本
染料敏化太阳能电池的制造成本较低，因为其使用的染料 和二氧化钛都比较便宜。有机太阳能电池的制造成本相对 较高，因为其使用的有机材料较贵。
效率
染料敏化太阳能电池的效率较低，但仍在不断提高。有机 太阳能电池的效率相对较高。
与钙钛矿太阳能电池的比较
材料性质
钙钛矿太阳能电池主要使用钙钛 矿材料，而有机太阳能电池主要
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
《有机太阳能电池》课件
当前研究
重点在于提高光电转换效率和稳定 性，以及探索新型有机材料和结构 。
未来展望
随着技术的不断进步，有机太阳能 电池有望在可穿戴设备、便携式电 源等领域得到广泛应用。
02
有机太阳能电池的材料
电子给体材料
电子给体材料是用于吸收太阳光并将电子转移到受体材料的有机材料。常见的电子 给体材料包括聚合物和低分子量有机化合物。
工作原理
光吸收
有机太阳能电池中的有机材料能够吸收 太阳光。
激子产生
吸收的光能转化为激子，即电子-空穴 对。
激子分离与传输
激子在有机材料中分离并向电极传输。
电极收集
传输的电子和空穴分别被阴极和阳极收 集，形成电流。
历史与发展
起源
有机太阳能电池的研究始于20世纪 70年代。
早期研究
主要集中在染料敏化太阳能电池和 导电聚合物太阳能电池。Βιβλιοθήκη 未来发展与挑战01
02
03
04
技术创新
随着材料科学和制造技术的进 步，有机太阳能电池的效率和 稳定性将得到进一步提升。
降低成本
通过规模化生产和优化工艺， 降低有机太阳能电池的生产成 本，使其更具市场竞争力。
环境影响
关注有机太阳能电池的废弃处 理和循环再利用，减少对环境
的负面影响。
并网与储能
解决有机太阳能电池的并网控 制和储能技术问题，提高其在 可再生能源系统中的稳定性。
水。
活性层制备
03
共混法
交替堆叠法
热聚合法
将给体和受体材料混合在一起形成活性层 ，是最常用的方法之一。
将给体和受体材料交替堆叠形成多层结构 ，可以提高光电转换效率。
在高能辐射或加热条件下使聚合物材料形 成微晶或高分子链聚集态，具有较高的光 电转换效率和稳定性。
太阳能电池的材料革命——有机薄膜太阳能电池
［ ２ 】 Ｊ Ｊ Ｆ １ １ ５ ６ — ２ ０ ０ ６ ，振 动 冲 击 转速 计 量 术 语 及 定 义 ［ Ｓ 】． 【 ３ 】Ｊ Ｊ Ｇ ２ ９ ８ — ２ ０ ０ ５ ，中频 标准 振 动 台 （ 比 较 法 ） 检 定 规 程 【 Ｓ 】． ［ ４ 】 Ｊ Ｊ Ｇ ６ ３ ７ — ２ ０ ０ ６ ，高 频 标 准 振 动 台 检 定 规 程 【 Ｓ 】． ［ ５ 】 Ｊ Ｊ Ｇ １ ８ ９ — １ ９ ９ ７ ，机 械式 振 动 试 验 台检定 规程 【 Ｓ ］．
电子 产 品可 靠 性 与 环 境 试 验
２ ０１ ３正
பைடு நூலகம்
表 ２ 横 向 振 动 比新 方 法 的优 势验 证 试 验 结 果
我 国振 动 台相关 产业 科技 进步 和消 除 国际贸 易壁 垒
％
方面有 积极 的意义 。
参考 文献 ：
【 ｌ 】郑 术 力 ，常 少 莉 ，解 禾 ，等 ，从 相关 国 际标 准 的 要 求 谈 振 动试 验 台校 准 ［ Ｊ １． 环 境 技 术 ，２ ０ １ ２（ １ ） ：１ ４ — １ ６ ．
（ 摘 自中 国 国 际 招 标 网 ）
Ｄ／ ＡＮＺ ｌ ＣＨＡＮＰ Ｉ Ｎ ＫＥＫＡＯＸＩ ＮＧ Ｙ Ｕ ＨＵ ＡＮＪ Ｉ ＮＧ ＳＨＩ Ｙ ＡＮ
ｌ ２％ 在 传 统 的太 阳能 电池 中 ．晶硅 成 本 高 ； 非 晶
硅薄 膜太 阳能 电池 受制 于材 料引 发 的光 电效率 衰退 效应 ．稳 定 性 低 ： 碲 化 镉 多 晶 薄膜 电池 中的 镉 有剧
—
Ｖ ｏ ｃ ａ ｂ ｕ ｌ ａ ｒ ｙ【 Ｓ 】．
信 息 与 动 态
厂 一 ， 一 、、 厂 、 、
太阳能电池的材料革命——有机薄膜太阳能电池
转换 率在 ７ ． ３ ％。因此 ， 有 机太 阳能 电池必将 成为未 来光 伏产
业 的最 主 要 产 品 。
［ 摘 自中 国传 动 网 ］
借力节能减排
— —
稳， 并提高燃油效率 ， 减 少排放 。 捷尔杰充分考虑到设备维护 的便捷性 ，大臂外部调 节的耐
磨垫 、 组合式液压 阀、 外摆式发 动机 托盘 、 可调节摆动齿轮 和泡
单位各级管理 、 设备使用及维护人员的好评 。 ［ 天润 曲轴股份有限公 司设 备部供稿 山东文登 市］
在“ 低碳环保” 的节能发展趋势下 ， 国内矿 山、 冶金 、 电力 、 电
子、 机械制造 、 医药 、 食品 、 纺织轻工 以及石油化工等行业 的快速
发展 ， 也将 加快 淘汰落后工艺 、 高耗 能设 备 ， 推动压缩机设备从 低附加值 向高附加值升 级 ，从而 为螺杆空压机行业带来进一 步
生产 成本 最低 廉 ， 原 材料 获得 最容 易 ， 使 用最 环保 ， 量产 后发 电成 本将 与火 电接 近 ， 具 备强 大的价格 竞争力 。另 外 ， 生产有
机 薄膜 电池 的生产 工艺是 印刷 和涂 布 ， 就像是 印刷 报纸那 样 。
这样 极大 的节省 了生产成本 管理 。
能产 品的推广 ， 空压机作为应用于多领域 的产 品， 其 节能产 品的
推出对我 国的节能事业有着较大 的意义 。
该 型设备综合标识 牌 已在 ２ ０ １ ３年 １ 月取 得实用新 型专利 证 书（ 专利号 ： Ｚ Ｌ ２ ０ １ ２ ２ ０ ３ ４ ９ ０ ５ ８ ． ３ ） 。 自推广使用以来 ， 得到使用
及负载感应式液压泵让 ８ ０ ０系列 直臂式高空作业平台的牵引力 发挥 到极致 ， 使设备爬坡能力 达 ４ ５ ％， 同时 ， 结合平衡摆 动轴 扩
有机太阳能电池课件
高效率材料
研究并开发具有更高光电 转换效率的新型有机材料 ，以提高有机太阳能电池 的性能。
稳定性材料
寻找具有优异稳定性和耐 久性的有机材料，以延长 有机太阳能电池的使用寿 命。
多功能性材料
探索具有光吸收、电荷传 输等多功能的有机材料， 以简化电池结构并降低成 本。
制造工艺改进
溶液加工
激光图案化
优化溶液加工技术，实现大面积、低 成本的生产。
04 有机太阳能电池的性能参数
开路电压
总结词
开路电压是指在有机太阳能电池中，当 电流为0时，两电极之间的电位差。
VS
详细描述
开路电压的大小取决于电池内部的光生电 场强度和载流子的迁移率。它是评价有机 太阳能电池性能的重要参数之一，通常越 高表示电池的能量转换效率越高。
短路电流
总结词
短路电流是指在有机太阳能电池中， 当两电极短路时，流过电池的电流。
THANKS 感谢观看
采用激光图案化技术，实现高效、高 精度的电极制造。
纳米结构
利用纳米技术制造具有纳米级结构的 电极和活性层，提高电池的光电性能 。
应用领域的拓展
便携式设备
将有机太阳能电池应用于便携式 电子设备，如手机、平板电脑等
。
建筑集成
将有机太阳能电池与建筑结构相结 合，实现绿色建筑能源供应。
可穿戴设备
将有机太阳能电池应用于智能衣物 、手表等可穿戴设备，提供可持续 能源解决方案。
电子受体材料
电子受体材料是用于接受电子给体材料传递的电子并将它 们传递到电极的有机分子。它们通常具有较低的LUMO（ 最低未占据分子轨道）能级，以便有效地收集电子并阻止 它们重新回到给体材料。
常见的电子受体材料包括富勒烯、石墨烯、聚合物等。这 些材料也可以通过化学合成进行定制，以优化其光电性能 。
《有机太阳能电池》PPT课件
2.有机太阳能电池机理介绍
2.1有机太阳能电池中的基本物理过程：
光的吸收和激子的产生： 光被有机材料吸收后激发有机分 子从而产生激子。
激子的扩散和解离： 通常激子可以被电场、杂质和适 当的界面所解离。
载流子的收集：由于有机太阳能电 池器件的厚度很薄，两个电极的功 函数差值建立起来的电场较强， 可以较为有效地分离自由载流子
聚合物材料：太阳能电池上应用的聚合物首先必须是导电高分子，并 且聚合物的微观结构和宏观结构都对聚合物材料的光电特性有较大影响。 导电性聚合物的分子结构特征是含有大的π电子共扼体系，而聚合物材 料的分子量影响着共扼体系的程度。材料的凝聚状态(非晶和结晶)、结 晶度、晶面取向和结晶形态都会对器件光电流的大小有影响。主要的聚 合物材料有聚对苯乙烯(PPv)、聚苯胺(队Nl)和聚唆吩(PTh)以及它们的 衍生物等。
3.3体异质结型有机太阳能电池
物 MEH一PPv和富勒烯(C00)的衍 生物PCBM按一定的比例掺杂制 成体异质结结构，由于两种材料 互相掺杂，掺杂尺寸在几个至几 十纳米之间，这样，在掺杂层内 任何一处形成的激子都可以在其 扩散长度之内到达界面处分离 形成电荷，因而可以获得极高的 激子分离效率。
2005年，A.J.Heeger等人采用在制备电极后再对器件进行热退火处理的方法有 效地提高了电池的能量转换效率，使其光电转换效率达到了5%。
之后，太阳能电池的光电转换效率提高到5.4%左右。
今年7月，由德国的Heliatek公司，巴斯夫公司和德累斯顿大学应用研究所光物理 联合研发的叠层有机太阳能电池转换效率打破了此前5.4%的世界记录，将记录提 高为5.9%。并且该研究项目研究工作将持续到2011年6月。
有机材料合成成本低、功能易于调制、柔韧 性及成膜性都较好;.
有机太阳能电池PPT课件
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
2000年，5.R.Forrest研究小组通过在有机小分子制备的双层结构太阳能电池器件 的有机层和金属阴极之间插入BCP(Bathocuproine)薄膜层，使得器件的光电转换 效率提高到了2.4%，并且改善了器件的伏安特性曲线，提高了器件的稳定性。
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
1.有机太阳能电池的简介：
定义：有机太阳能电池，就是由有机材料构成核心部分，基于有机 半导体的光生伏特效应，通过有机材料吸收光子从而实现光电转换 的太阳能电池。
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
➢聚合物材料：太阳能电池上应用的聚合物首先必须是导电高分子，并 且聚合物的微观结构和宏观结构都对聚合物材料的光电特性有较大影响。 导电性聚合物的分子结构特征是含有大的π电子共扼体系，而聚合物材 料的分子量影响着共扼体系的程度。材料的凝聚状态(非晶和结晶)、结 晶度、晶面取向和结晶形态都会对器件光电流的大小有影响。主要的聚 合物材料有聚对苯乙烯(PPv)、聚苯胺(队Nl)和聚唆吩(PTh)以及它们的 衍生物等。
与前述“肖特基型”电池相比，此种结 构的特点在于引入了电荷分离的机制， 使得在有机材料中产生的激子，可以较 容易地在两种材料的界面处解离以实现 电荷分离，极大的提高了激子解离的效 率，从而获得电池器件效率的增大。
东芝试制有机薄膜太阳能电池,模块效率达到7.7%
化 学键 的振动 所 调制 ，从而直 接 影 响激 发态 电子 向半 导体 注入 的 动力 学过 程 和效 率 。
接着，他们和清华大学任俊博士 、哈佛大学 Ｅ ．Ｋ ａ ｘ ｉ ｒ ａ ｓ 教授合作，分析了有机太阳能 的典 型界 面 Ｃ ６ ０ ／ Ｃ ｕ Ｐ ｃ的原 子 结构和 电子耦 合 。他 们 发现 ，界面 处不 同的分 子排 列 方式 （ 水 平 或垂 直 ）对太 阳光 吸收 性能 影 响不 大 ，但 对 于 电子 能级 排 布却 有重 要 作用 。其 中水 平排 列
太阳能电池研究取得进展 基 于 有机 分 子 的太 阳能 电池 作 为传 统高 耗 费 的单 晶太 阳 能器 件最 具潜 力的替 代 者 ， 近年 来 受 到 了广 泛 的关注 。有 机 分子 具 有高 消 光系 数 、无 毒 、易合 成 、价 格低 等优 势 。 目前 这类 电池 有超 过 １ ３ ％ 的能源 转化 效 率 （ ５ ０ ％ 太 阳光 照 下 ）和 较 长 时间 的稳 定性 。尽 管大 量实 验研 究 揭 示 了有机 分 子太 阳 能 电池 的各方 面 宏观 性质 ，如伏 安特 性 、光 谱 、薄膜 形态 等 ，微 观尺 度＿ 卜 有关有机分子界而结构和能量转化机制的图像仍然欠缺。 这阻碍了人们进一步提高太阳 能 电池性 能 。 中科 院物 理 研 究所 ／ 北 京凝 聚 态物 理 国家实 验 室 （ 筹 ）表 面 实验 室博 士 生焦 扬 、张 帆 、 丁子敬和孟胜研究员等最近对基于有机分子 的太 阳能 电池机理作 了细致的理论和实验研究。 使 用包 含 激发 态 信 息 的含 时密度 泛 函理论 模拟 ，他们 发 现 在 Ｔ ｉ 界 面上 分 子 的能 级受 界面
现代材料动态
２ ０ １ ３ 年 第３ 期
接着，他们和清华大学任俊博士 、哈佛大学 Ｅ ．Ｋ ａ ｘ ｉ ｒ ａ ｓ 教授合作，分析了有机太阳能 的典 型界 面 Ｃ ６ ０ ／ Ｃ ｕ Ｐ ｃ的原 子 结构和 电子耦 合 。他 们 发现 ，界面 处不 同的分 子排 列 方式 （ 水 平 或垂 直 ）对太 阳光 吸收 性能 影 响不 大 ，但 对 于 电子 能级 排 布却 有重 要 作用 。其 中水 平排 列
太阳能电池研究取得进展 基 于 有机 分 子 的太 阳能 电池 作 为传 统高 耗 费 的单 晶太 阳 能器 件最 具潜 力的替 代 者 ， 近年 来 受 到 了广 泛 的关注 。有 机 分子 具 有高 消 光系 数 、无 毒 、易合 成 、价 格低 等优 势 。 目前 这类 电池 有超 过 １ ３ ％ 的能源 转化 效 率 （ ５ ０ ％ 太 阳光 照 下 ）和 较 长 时间 的稳 定性 。尽 管大 量实 验研 究 揭 示 了有机 分 子太 阳 能 电池 的各方 面 宏观 性质 ，如伏 安特 性 、光 谱 、薄膜 形态 等 ，微 观尺 度＿ 卜 有关有机分子界而结构和能量转化机制的图像仍然欠缺。 这阻碍了人们进一步提高太阳 能 电池性 能 。 中科 院物 理 研 究所 ／ 北 京凝 聚 态物 理 国家实 验 室 （ 筹 ）表 面 实验 室博 士 生焦 扬 、张 帆 、 丁子敬和孟胜研究员等最近对基于有机分子 的太 阳能 电池机理作 了细致的理论和实验研究。 使 用包 含 激发 态 信 息 的含 时密度 泛 函理论 模拟 ，他们 发 现 在 Ｔ ｉ 界 面上 分 子 的能 级受 界面
现代材料动态
２ ０ １ ３ 年 第３ 期
CIGS薄膜太阳能电池的原理及制备ppt
03
cigs薄膜太阳能电池制备工艺
制备步骤及主要设备
准备阶段
选择合适的衬底，进行抛光处理和清洗。
薄膜制备
利用化学气相沉积或物理气相沉积技术，在衬底上制备 吸收层。
制绒处理
通过化学或物理方法，对吸收层表面进行处理，形成绒 面结构。
薄膜层制备
在制绒处理后的吸收层表面上制备薄膜层。
测试与封装
进行性能测试和可靠性验证，封装成完整的太阳能电池 。
高光电转换效率
CIGS薄膜太阳能电池的光电转换效 率较高，可达到15%以上。
长寿命
CIGS薄膜太阳能电池具有长寿命和 稳定的性能表现，可达到20年以上 。
良好的耐候性
CIGS薄膜太阳能电池具有良好的耐 候性，可在各种恶劣环境下使用。
绿色环保
CIGS薄膜太阳能电池生产过程中不 产生有害物质，同时报废后易于回 收利用。
可以利用cigs薄膜太阳能电池为环境监测设 备供电，同时监测设备的传感器可以实时监 测环境参数。
06
结论与展望
主要研究结论
建立了基于MOFs的Cigs薄膜太阳能电池的制备方案 揭示了Cigs薄膜的形貌、结构与光电性能之间的关系
确定了最佳制备条件，包括前驱体浓度、热解温度和 气氛等
发现Cigs薄膜太阳能电池的效率达到10%以上，具有 较高应用前景
压力
化学气相沉积和物理气 相沉积过程中，压力会 影响薄膜的致密性和晶 体结构。
气体流量与组 成
化学气相沉积过程中， 气体流量与组成会影响 薄膜的成分和结构。
沉积时间
化学气相沉积和物理气 相沉积过程中，沉积时 间会影响薄膜的厚度和 晶体结构。
激光功率与扫 描速度
制绒处理过程中，激光 功率与扫描速度会影响 绒面结构和吸收性能。
采用TFT材料的有机薄膜太阳能电池
北京放弃 了购钢计划
北京 曾打 算购 买钢 材用 作 战略储 备 。中国政 府 曾希 望购 买 大量 钢材 ，特 别 是高 品位 平板 钢 用 于战 略储 备 ，并帮助 亏 损 国有钢 厂 。 但 是政 府 几经研 究 ，还 是放 弃 了这项 购钢 计划 。 国家储备局 （ Ｒ ）正在采购铜、铝及其他金属用于库存 。 ＳＢ
麟
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参
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・ 科技信息 ・ 采用 Ｔ Ｔ Ｆ 材料 的有机薄膜太阳能电池 三 菱 化学 在 “ ＶＥ Ｐ ０ ９第 二届 国 际太 阳能 电池 展 ” 展 出 了有机 薄膜 太 阳能 电池 。 Ｐ Ｘ Ｏ２ ０ 上 该 电池 是三 菱 化学 将 ２ ０ 面 向 ｎ 开发 的有 机 半导 体材 料用 于太 阳 能 电池 开发 而 成 。目 ０６年 前的能源转换效率方面，ｍ ２ ｍ见方的单元为４ ％。“ ． ９ 目标是２ １ 年使单元效率达到 ｌ ％（ ００ ０ 模 块效率 ７ ，２ １ 年达到 ｌ％ （ ％） ０ ５ ５ 模块效率 ｌ ％） 。 ２ ” 三 菱化 学 的有机 薄膜 太 阳能 电池 的 Ｉ型材 料采 用富 勒烯 衍 生物 ，Ｐ型材 料采 用 该公 司开 １ 发 的 “ 卟啉 ” 苯 卟啉 是驱动 有 机 Ｅ 苯 。 Ｌ和 电子 纸 的 Ⅱ 材 料 ，由三 菱化 学 ２０ 开 发成 功 。 ０６年 “ 因为 带 隙 （ ａｄＧ ｐ Ｂ ｎ ａ ）的大 小 恰好 适合 太 阳能 电池 ” ，所 以决定用 于太 阳能 电池领域 。 现阶段的单元 的 ｐ ｎ结采用单接合型。１ ％以内的单元效率 “ ０ 通过采用单接合方式，并 优化各项核心技术 即可实现。而 ｌ ％的效率还需要采用 串联形式 ” ５ 。 三菱化学计划 ， 将来除 自主开发太阳能电池外， 还将设计和开发使用其它公司生产的薄 膜太 阳能 电池 的建材 。“ 提前开拓市场 ，为公司生产 的太 阳能 电池的实用化做好充分的准
有机薄膜太阳能电池的转换效率达4%以上
２Байду номын сангаас ０
２０ 年 第 ９ １９ １ 期
有机薄膜太阳能电池的转换效率达 ４ ％以上 大 日本印刷 ２ ０ ０９年 ６月 ２ ２日宣布，其 ５ｍ 见方有机薄膜太阳能电池单元 的能量转换 ｃ 效率达到了 ４ 以上。通过在电阻较大的透明电极上安装辅助电极 ，减小了损耗。 此前数毫米见方的有机薄膜太 阳能电池小型单元虽获得了 ５ ％左右的效率，但多数在单 元变大时效率会大幅降低 。 其原因之一认为是采用 了电阻较大的透 明电极。 而在大面积单元 上 ，不 同位 置流 经透 明 电极 的路径 长度 会 有很 大变 化 。路径 长 时，由于发热 等 原 因损 耗会变 大 ，对 发 电几乎 不起 作用 。 在照明用大面积有机 Ｅ Ｌ面板上也同样存在与透 明电极相关的问题。因此，在有机 Ｅ Ｌ 面板的透明电极上配置名为 “ ｕ 布线 ”的齿状金属布线，以使单元上不同位置的电阻差异 Ｂｓ 平 均化 等 改进措 施 推广 开来 。 大 日本 印刷 今 后 的 目标 是 ，２ １ 度 开始 样 品供货 有机 薄 膜太 阳能 电池 ，２ １ ０２年 ０ ５年度 之 前达 到实 用水平 。此外 还将 研究 基 于 Ｐ Ｔ薄膜 底 板 的卷对 卷 工艺 的量 产技术 等 。 Ｅ
Ｎａ ｏ ｒｋ ｔ 还 表示 ． 用 于 ＩＯ 的耗 量将 从 ２ １ 的 １ｍｔ 涨 到 ２ １ 的 ３ ． 。 ｎ Ｍａ ｅｓ 铟 Ｔ ０ １年 ３ 上 ０ ６年 ９４ ｍｔ
日上市 ６ 种功能且成本减半的薄膜硅太阳能电池评测装置 爱发科 （ Ｌ Ａ Ｕ Ｖ Ｃ）上市 了单机可评测 ６种特性 的串联薄膜硅太 阳能 电池用评测装置 “ Ｅ ．３ ０ 。与 评测 不 同 的特 性 需要 使用 不 同 的装 置 时相 比 ，装 置 成本 及应 用 成本 均减 ＭＰ Ｃ １０ ” 少了 ｌ ／ 右 。支持尺 寸 为 １０ｍｍ×１０ｍｍ 的底 板 。ＭＰ Ｃ １０ ２左 １０ ４０ Ｅ ：３０的价格 方面 ，配 备 所有
２０ 年 第 ９ １９ １ 期
有机薄膜太阳能电池的转换效率达 ４ ％以上 大 日本印刷 ２ ０ ０９年 ６月 ２ ２日宣布，其 ５ｍ 见方有机薄膜太阳能电池单元 的能量转换 ｃ 效率达到了 ４ 以上。通过在电阻较大的透明电极上安装辅助电极 ，减小了损耗。 此前数毫米见方的有机薄膜太 阳能电池小型单元虽获得了 ５ ％左右的效率，但多数在单 元变大时效率会大幅降低 。 其原因之一认为是采用 了电阻较大的透 明电极。 而在大面积单元 上 ，不 同位 置流 经透 明 电极 的路径 长度 会 有很 大变 化 。路径 长 时，由于发热 等 原 因损 耗会变 大 ，对 发 电几乎 不起 作用 。 在照明用大面积有机 Ｅ Ｌ面板上也同样存在与透 明电极相关的问题。因此，在有机 Ｅ Ｌ 面板的透明电极上配置名为 “ ｕ 布线 ”的齿状金属布线，以使单元上不同位置的电阻差异 Ｂｓ 平 均化 等 改进措 施 推广 开来 。 大 日本 印刷 今 后 的 目标 是 ，２ １ 度 开始 样 品供货 有机 薄 膜太 阳能 电池 ，２ １ ０２年 ０ ５年度 之 前达 到实 用水平 。此外 还将 研究 基 于 Ｐ Ｔ薄膜 底 板 的卷对 卷 工艺 的量 产技术 等 。 Ｅ
Ｎａ ｏ ｒｋ ｔ 还 表示 ． 用 于 ＩＯ 的耗 量将 从 ２ １ 的 １ｍｔ 涨 到 ２ １ 的 ３ ． 。 ｎ Ｍａ ｅｓ 铟 Ｔ ０ １年 ３ 上 ０ ６年 ９４ ｍｔ
日上市 ６ 种功能且成本减半的薄膜硅太阳能电池评测装置 爱发科 （ Ｌ Ａ Ｕ Ｖ Ｃ）上市 了单机可评测 ６种特性 的串联薄膜硅太 阳能 电池用评测装置 “ Ｅ ．３ ０ 。与 评测 不 同 的特 性 需要 使用 不 同 的装 置 时相 比 ，装 置 成本 及应 用 成本 均减 ＭＰ Ｃ １０ ” 少了 ｌ ／ 右 。支持尺 寸 为 １０ｍｍ×１０ｍｍ 的底 板 。ＭＰ Ｃ １０ ２左 １０ ４０ Ｅ ：３０的价格 方面 ，配 备 所有
光伏材料与器件 有机薄膜太阳电池PPT课件
✓ 材料迁移率低，高体电阻，从而导致能量转换率低。 ✓ 材料稳定，耐久性不够好，电池寿命短。
相对于制造无机电池的高昂代价来讲，有 机太阳能的研究仍旧有很强大的生命力。
➢OPV 简介
有机材料
• van de Waals 力
无机材料
• 共价键+离子键
•
没有自由载流子或者很少，因为材料 中的缺陷和杂质
•
有机薄膜晶体管组件(OTFT)
Source
Au Drain
Pentacene Thermal oxide SiO2
Gate: n+-Si substrate
Source
Au Drain
Tetracene Cross-linked PVP
ITO Gate Glass
PEDOT
印刷式柔性有机IC
OLED显示器优势
1. Acene系列: Pentacene, Tetracene, Pentacene Precursor ……
2. PTCDA系列: PTCDI, PTCBI ……
3. C60系列: PCBM ……
4. Polymer系列: P3HT, P3OT ……
导电聚合物的应用
✓ PLED和PSC的ITO电极修饰层(PEDOT,PAn等) ✓ 聚合物光伏电池(PTh和PPV衍生物等) ✓ 场效应晶体管(FET)半导体材料(PTh衍生物） ✓ 聚合物发光器件（LED&LEC,PPV和PF等） ✓ 化学电源的电极材料 ✓ 修饰电极和酶电极 ✓ 电色显示 ✓ 固体电容器 ✓ 防静电和防腐蚀材料(聚苯胺等) ✓ 微波吸收（隐身材料）
载流子传输层 载流子传输层有时候也是同时作为作用层和电极修饰层的，
他对载流子的收集性能很重要。 ➢ 激子阻挡层（BCP） ➢ LiF ➢ PEDOT：PSS ➢ 碳纳米管 影响：短路电流，填充因子
相对于制造无机电池的高昂代价来讲，有 机太阳能的研究仍旧有很强大的生命力。
➢OPV 简介
有机材料
• van de Waals 力
无机材料
• 共价键+离子键
•
没有自由载流子或者很少，因为材料 中的缺陷和杂质
•
有机薄膜晶体管组件(OTFT)
Source
Au Drain
Pentacene Thermal oxide SiO2
Gate: n+-Si substrate
Source
Au Drain
Tetracene Cross-linked PVP
ITO Gate Glass
PEDOT
印刷式柔性有机IC
OLED显示器优势
1. Acene系列: Pentacene, Tetracene, Pentacene Precursor ……
2. PTCDA系列: PTCDI, PTCBI ……
3. C60系列: PCBM ……
4. Polymer系列: P3HT, P3OT ……
导电聚合物的应用
✓ PLED和PSC的ITO电极修饰层(PEDOT,PAn等) ✓ 聚合物光伏电池(PTh和PPV衍生物等) ✓ 场效应晶体管(FET)半导体材料(PTh衍生物） ✓ 聚合物发光器件（LED&LEC,PPV和PF等） ✓ 化学电源的电极材料 ✓ 修饰电极和酶电极 ✓ 电色显示 ✓ 固体电容器 ✓ 防静电和防腐蚀材料(聚苯胺等) ✓ 微波吸收（隐身材料）
载流子传输层 载流子传输层有时候也是同时作为作用层和电极修饰层的，
他对载流子的收集性能很重要。 ➢ 激子阻挡层（BCP） ➢ LiF ➢ PEDOT：PSS ➢ 碳纳米管 影响：短路电流，填充因子
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Overview – Part II
煤
Part II. Dye-sensitized Solar Cells
Organic Thin-Film Solar Cells
Chapter 4. Operational Principles Chapter 5. Nanostructured Metal Oxide Chapter 6. Sensitizers Chapter 7. ELs and Hole Conductors
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❖ References for Part II. Dye-sensitized Solar Cells
Organic Thin-Film Solar Cells
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Overview – Part III
Organic Thin-Film Solar Cells
❖ References for Part III. Polymer-based Organic Solar Cells
CUST
Overview – Main Contents
Organic Thin-Film Solar Cells
煤
1
Generals to Photovoltaics
2
Dye-sensitized Solar Cells
3 Polymer-based Organic Solar Cells
School of Materials Science and Engineering Changchun University of Science and Technology
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Overview – Part I
❖ References for Part I. Generals to Photovoltaics
Organic Thin-Film Solar Cells
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Overview – Part III
Organic Thin-Film Solar Cells
❖ References for Part III. Polymer-based Organic Solar Cells
Chapter 8. Module Developments
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Overview – Part II
❖ References for Part II. Dye-sensitized Solar Cells
Organic Thin-Film Solar Cells
煤
Part III. Polymer-based Organic Solar Cells
Chapter 9. Device ArБайду номын сангаасhitectures Chapter 10. Mechanistic Principles Chapter 11. Conjugated Polymers Chapter 12. Alternative Approaches
Overview – Part I
Organic Thin-Film Solar Cells
Part I. Generals to Photovoltaics
Chapter 1. Introduction Chapter 2. Properties of sunlight Chapter 3. Solar cell operation
有机薄膜太阳能电池
Organic Thin-Film Solar Cells
Designed by Shang GAO Work at School of Materials Science and Engineering Tel. No. is 155-0430-8336 Email ADDR is cust_gaoshang@
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Overview – Part II
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Overview – Part II
Chapter 13. Conclusion and Outlook
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Overview – Part III
Organic Thin-Film Solar Cells
❖ References for Part III. Polymer-based Organic Solar Cells
❖ References for Part II. Dye-sensitized Solar Cells
Organic Thin-Film Solar Cells
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