5-有机太阳能电池
有机太阳能电池
有机太阳能电池摘要有机太阳能电池因具有成本低、质轻、柔韧性好、可大面积印刷制备的优点而受到广泛关注，对电池原理，结构，材料的研究对提高有机太阳能电池的性能有重大意义。
本文主要综述了有机太阳能电池的工作原理，电池结构以及电极材料。
并对有机太阳能电池的应用前景做了展望。
关键词原理；结构；材料；应用前景1.有机太阳能电池简介有机太阳能电池，顾名思义，就是由有机材料构成核心部分的太阳能电池。
主要是以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料，以光伏效应而产生电压形成电流, 实现太阳能发电的效果.由于无机硅太阳能电池的材料生产成本高，污染大、能耗高，寻找新型太阳能电池材料和低成本制造技术便成为人们研究太阳能电池技术的目标。
有机太阳能材料和电池制备技术有望成为低成本制造的选择之一。
世界上第一个有机光电转化器件是由Kearns和Calvin在1958年制备的，其主要材料为镁酞菁（MgPc）染料，染料层夹在两个功函数不同的电极之间。
1986年，行业内出现了一个里程碑式的突破——有机半导体的发明。
器件的核心结构是由四羧基苝的一种衍生物（PV）和铜酞菁（CuPc）组成的双层膜。
双层膜的本质是一个异质结，其思路是用两种有机半导体材料来模仿无机异质结太阳能电池。
1992年，土耳其人Sariciftci在美国发现，激发态的电子能极快地从有机半导体分子注入到C60分子中，而反向的过程却要慢得多。
1993年，Sariciftci在此发现的基础上制成PPV/C60双层膜异质结太阳能电池。
随后，研究人员在此类太阳能电池的基础上又提出了一个重要的概念：混合异质结（体异质结）。
而所谓“混合异质结”，就是将给体材料和受体材料混合起来，通过共蒸或者旋涂的方法制成一种混合薄膜。
给体和受体在混合膜里形成一个个单一组成的区域，在任何位置产生的激子，都可以通过很短的路径到达给体与受体的界面（即结面），从而电荷分离的效率得到了提高。
2.有机太阳能电池工作原理激子概念在有机半导体材料中，分子之间只有很弱的范德华作用力，不能形成连续的能带，电子被光激发后只能停留在原分子轨道内，不能转移到其他分子上。
有机太阳能电池的高效制备
有机太阳能电池的高效制备1.引言有机太阳能电池，是一种新型的光电转换器件，具有可弯曲、透明、轻薄、低成本等优良特点，因此在可穿戴电子设备、柔性显示器材、汽车光伏等领域具有广泛应用前景。
然而，目前有机太阳能电池的效率还远低于普通硅基太阳能电池，因此如何高效制备有机太阳能电池成为了研究热点。
2.有机太阳能电池的结构有机太阳能电池由玻璃/透明导电膜、电子受体材料、电子供体材料和金属电极四部分构成。
其中，电子供体材料和电子受体材料通过界面形成PN结，通过光生电荷对的分离产生电流。
3.有机太阳能电池的制备方法（1）溶液法溶液法是目前有机太阳能电池制备过程中最常用的方法之一，其制备过程大体分为三个步骤：底部玻璃电极涂覆透明导电膜、制备电子供体膜、制备电子受体膜。
其中，电子供体和电子受体通过滴涂或者印刷等方法涂覆在透明导电膜上，待干燥后通过真空蒸发、有机分子扩散等方式将另一层材料涂覆在电子受体膜上，形成PN结。
（2）物理气相沉积法物理气相沉积法通过在真空环境下沉积材料，制备有机太阳能电池。
该方法虽然制备简单，但成本较高，且由于材料之间的匹配难度较大，效率较低。
4.有机太阳能电池效率的提高（1）物理化学方法通过引入控制界面的物理化学方法可以有效改善电荷注入和传输性质，从而提高有机太阳能电池的效率。
例如，控制材料的接面能、提高载流子传输效率等方法，都可以有效地提高有机太阳能电池的效率。
（2）结构优化通过优化有机太阳能电池的结构，可以减少反射、增强吸收光子的能力，从而提高电流密度；加强界面的活性、减少失活界面的数量，从而提高电荷分离和运输效率。
（3）新型材料开发有机太阳能电池的光吸收材料和载流子传输材料是提高电池性能的关键。
当前，研究者正在探索新型低成本有机材料和半导体纳米材料，以改善电荷输运和分离特性。
5.结论随着对有机太阳能电池材料性质、结构和效率的深入研究，有机太阳能电池的制备和效率正在不断提高。
可预见的是，随着技术的不断进步，有机太阳能电池必将在柔性电子设备、光伏汽车、建筑一体化领域等得到更广泛的应用。
有机无机钙钛矿太阳能电池
有机无机钙钛矿太阳能电池有机无机钙钛矿太阳能电池，听起来很高大上的样子对吧？说实话，我第一次听到这个名词的时候，就以为自己闯进了科幻电影里。
但是，别小看这些电池哦，它可不是拍照里的惊喜道具，而是地球上最热门的绿色能源之一哦！首先，啥是有机无机钙钛矿太阳能电池？小编带你揭开神秘面纱！有机无机钙钛矿太阳能电池就是一种利用特殊材料制成的太阳能电池，可以将太阳光转化为电能，再通过电能转化为电力。
听起来很神奇对吧？简单来说，就是把太阳的光能变成可以给家庭和公司电器供电的能量。
这玩意儿能咋办到这一票呢？大家都知道，太阳是个大热天体，每天都大量地散发热量和光线。
而这款太阳能电池就是借助有机和无机物质的协作，将光子转化成电子的性质来吸收太阳光。
有点像小娜姐吸收阳光就能发电一样，简直是科技界的蜜汁奇迹！嗯，你肯定想知道为啥非得用这种太阳能电池呢？原因大有来头！第一，它的效能高，这意味着它在这个新能源潮流中是个真正的吃香货。
第二，它的制作成本比以前的太阳能电池低，就算是被给我，它也要忍气吞声哈！再举个例子，老李家比较穷，他今儿就用上了这种有机无机钙钛矿太阳能电池，结果下个月的电费比往常减少了不知道多少倍，于是他把省下的钱装备家用血拼天，堪比某国首富。
是不是感觉电费告别你已久？就像猫抓老鼠一样，又短又快！当然了，有机无机钙钛矿太阳能电池还有更好的一面！它的适用范围特别广哦，从家庭照明到工业生产，从交通工具到航空航天，从小伙伴的手表到手机充电。
就像一位诸葛亮，啥都能干，咋咋都能行！没错，它就是科技界的全能战士！你肯定嗷嗷想问，用这种超酷的电池有没有什么坑爹的缺点？放心，小编我不会坑你的！这种太阳能电池虽好，却也有个小小的缺点，就是它对光有一定的角色要求，所以在特定的光照条件下才能发挥最佳状态，就像明星维持最佳状态，得忌口避光一样！总的来说，有机无机钙钛矿太阳能电池是一项非常令人兴奋和有前景的科技成果。
它给我们提供了一种环保、高效、经济的能源选择，可以说是给我们带来了一片新天地！是不是感觉自己仿佛穿越到未来，体验了一把科技的魅力呢？别犹豫了，赶紧加入太阳能电池大军吧，让我们一起用科技点亮明天的生活！。
有机光伏电池原理
有机光伏电池原理1. 有机光伏电池的概述有机光伏电池是一种光电转换器，能将光能转化为电能。
与传统的硅太阳能电池相比，有机光伏电池可制造成柔性、轻便、透明等特性的薄膜，更适用于细小设备中的能源供应。
有机光伏电池是一种全有机光电半导体材料制成的太阳能电池，由一层在光吸收层中潜在的聚合物和直接光转化成电的缔合物组成。
2. 光吸收和电荷传输有机光伏电池依赖于在光吸收层（聚合物或小分子化合物）中的光聚合技术。
光的能量使电子从聚合物中跃出并进入接收器中。
聚合物和接受器分别形成空穴和电子。
为了保持光吸收分子中的激发电子数量，不应误工程光吸收分子的限量浓度，否则太多的光吸收分子会以能量失复合的方式在长时间段内保留被激发的粒子。
电子和空穴被推回原来的聚合物中。
3. 有机光伏膜与传统太阳能电池的不同有机光伏膜需要有可以吸收太阳能光的聚合物和缔合物，而传统太阳能电池则是使用无机的硅或类似的材料来捕捉太阳能。
传统太阳能电池中，硅晶体的电荷通过电场分离，沿电池的电极流动，而有机光伏电池中，聚合物的电荷通过空穴和电子隔离子流动。
4. 突破红外可见光谱最初的有机太阳能电池无法利用红外线光谱中的能量。
然而，科学家最近发现了一种聚合物，它们能够吸收可见光谱和红外光谱中的能量，这使得有机太阳能电池能够更高效地转换光能。
5. 有机太阳能电池的优点和缺点有机太阳能电池的优点包括：- 相对成本低，可以大规模生产；- 可在柔性、轻便、透明的基材上制作；- 制造工艺简单。
然而，它们的缺点包括：- 效率相对较低，通常低于硅太阳能电池；- 不够持久，容易受到日晒、雨水等严重的环境影响；- 长时间的使用可能使有机光伏电池中的聚合物分解。
6. 结论有机光伏电池对未来能源需求有重要的贡献。
虽然它们还需要的发展才能与传统太阳能电池的效能相比，但是，新的技术和材料的发现已经使有机光伏电池能够更接近在普及和实际应用方面真正的完美实现。
太阳能电池的发展历史
太阳能电池的发展历史太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置，其发展历史可以追溯到19世纪初。
本文将详细介绍太阳能电池的发展历程，包括关键技术突破、应用领域拓展以及未来发展趋势。
1. 太阳能电池的起源太阳能电池的概念最早由法国物理学家爱德蒙·贝克勒耳在1839年提出。
他发现，当光照射到某些材料上时，会产生微弱的电流。
这一现象被称为光电效应，为太阳能电池的发展奠定了基础。
2. 第一代太阳能电池：硒光电池在19世纪末，美国发明家查尔斯·费德尔和威廉·莫尔斯发明了第一种实用的太阳能电池，即硒光电池。
这种光电池利用硒的光电效应将太阳能转化为电能。
然而，硒光电池效率低下且成本高昂，限制了其应用范围。
3. 第二代太阳能电池：硅光电池20世纪50年代，贝尔实验室的科学家发明了硅光电池，标志着第二代太阳能电池的诞生。
硅光电池利用硅材料的光电效应将太阳能转化为电能。
硅光电池的效率相对较高，且成本逐渐降低，使其在航天、通信和农业等领域得到了广泛应用。
4. 第三代太阳能电池：多晶硅光电池和薄膜太阳能电池20世纪70年代，多晶硅光电池和薄膜太阳能电池成为第三代太阳能电池的代表。
多晶硅光电池采用多晶硅材料制造，相比单晶硅光电池，其制造成本更低，但效率稍低。
薄膜太阳能电池采用薄膜材料制造，具有灵活性和轻便性，适用于一些特殊应用场景。
5. 第四代太阳能电池：有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池近年来，有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池成为第四代太阳能电池的研究热点。
有机太阳能电池利用有机半导体材料将太阳能转化为电能，具有制造成本低、柔性可塑等优势。
钙钛矿太阳能电池利用钙钛矿材料的光电效应，具有高效率和制造成本低的特点。
6. 太阳能电池的应用领域拓展随着太阳能电池技术的不断进步，其应用领域也在不断拓展。
太阳能电池广泛应用于航天、通信、农业、建筑等领域。
在航天领域，太阳能电池被用于为卫星和航天器供电；在通信领域，太阳能电池被用于为远程通信设备和无线电台供电；在农业领域，太阳能电池被用于为灌溉系统和农业设备供电；在建筑领域，太阳能电池被用于建筑一体化和城市光伏发电。
有机太阳能电池综述
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。 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%。 2007 年，2000 年诺贝尔化学奖获得者、美国加利福尼亚大 学的 Alan J. Heeger 教授领导的研究小组所制造的串联有机 太阳能电池，光电转换效率在实验室条件下达到了 6.5% 2009年 2 月，日本住友化学也宣布获得了 6.5%的转换效 率；同年 10 月，Solarmer Energy 公司又将这一效率提高至 7.6%
.有机太阳能电池的结构
1。肖特基型有机太阳能电池： 首例有机太阳能电池器件结构，基本的物理过程为: 有机半导体内的电子在太阳光照射下被从HOMO能级 激发到LUMO能级，产生电子一空穴对。电子被低功 函数的电极提取，空穴则被来自高功函数电极的电子 填充，从而形成光电流。 光激发形成的激子，只有在肖特基结的扩散层内，依靠节区 的电场作用才能得到分离。而其它位置上形成的激子，必须 先移动到扩散层内才可能形成对光电流的贡献。但是有机分 子材料内激子的迁移距离相当有限的，通常小于10nm。所 以大多数激子在分离成电子和空穴之前就复合掉了，导致了 其光电转换效率较低。
有机光伏材料具有不同于无机材料的几大特点：
.条件下,不能直接产生自由电子和自由空穴,而是产 生光生激子,激子在特定的条件下才能分离出自由 电子和自由空穴; 分子间力微弱,分子中价电子的最高已占轨道 (HoMO)和最低未占轨道(LUMO)不足以相互作用 形成整个材料的导带和价带,所以电荷以跳跃的方 式在定域状态形式的分子之间传输,而不是能带内 传输,所以其迁移率较低; 具有较高的光吸收系数和较窄的光波长吸收范围; 大多数有机光伏材料在水氧存在的条件下具有不 稳定性"
有机太阳能电池受体材料
有机太阳能电池受体材料咱先来说说有机太阳能电池是个啥吧。
简单来说呢，它就像一个小小的能量转化工厂，能把太阳光转化成电能。
这在咱们追求清洁能源的今天，可是相当重要的哦。
那受体材料在这个小工厂里扮演啥角色呢？它呀，就像是一个超级重要的合作伙伴。
在有机太阳能电池里，受体材料和给体材料一起合作，才能把光能顺利转化成电能。
就好比两个人跳舞，得配合得好才能跳出美妙的舞步。
还有非富勒烯受体材料。
这个就像是后起之秀。
它有很多优点哦。
比如说它的结构可以有很多种变化，就像可以有各种不同风格的打扮。
这样就能根据不同的需求来调整它的性能。
而且呢，它在稳定性方面有时候比富勒烯类要好一些。
这就好比是一个很踏实又很灵活的小伙伴。
那这些受体材料是怎么影响有机太阳能电池的性能的呢？这就涉及到很多方面啦。
比如说它们接受电子的能力。
如果接受电子的能力强，那转化电能的效率就可能更高。
就像一个很会接球的运动员，接到球就能快速做出反应得分一样。
还有它们和给体材料的兼容性。
要是兼容性不好，就像两个人合不来，工作就没法好好干，电池的性能就会大打折扣。
再说说研究这些受体材料的意义吧。
咱们现在的环境问题越来越严重，对清洁能源的需求超级迫切。
有机太阳能电池如果能发展得更好，那对咱们的地球可是有大大的好处呢。
而受体材料的研究就是让有机太阳能电池变得更强大的关键一步。
这就像是为了让咱们的小工厂生产出更多更好的产品，得把里面的重要零件研究透彻一样。
在研究受体材料的过程中，科学家们也面临着不少挑战呢。
比如说怎么提高它们的性能，怎么降低成本，怎么让它们更稳定。
这就像在走一条充满荆棘的道路，但是科学家们都很勇敢，一直在努力探索。
从另一个角度看，这些受体材料的研究也给很多年轻的科研人员带来了机会。
就像打开了一扇新的大门，里面有很多未知的宝藏等着他们去挖掘。
他们可以在这个领域里发挥自己的创意，尝试各种新的想法。
这是多么令人兴奋的事情呀！。
太阳能电池的结构
太阳能电池的结构一、引言太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的设备，因其无污染、可再生、长寿命等特点而备受关注。
太阳能电池的结构是实现其转换功能的关键，本文将详细介绍太阳能电池的结构。
二、太阳能电池的分类根据材料类型和工作原理，太阳能电池可分为多种类型，如硅基太阳能电池、非硅基太阳能电池、有机太阳能电池等。
三、硅基太阳能电池的结构硅基太阳能电池是目前应用最广泛的一种，其结构包括以下几个部分：1.衬底层：通常采用单晶硅或多晶硅材料制成，起到支撑和传导作用。
2.PN结：由P型半导体和N型半导体组成，是光生载流子产生和分离的地方。
3.透明导电膜：通常采用氧化锌或氧化锡材料制成，在PN结上形成接触面，并起到收集光生载流子和输出电流的作用。
4.金属薄膜：通常采用铝或银材料制成，覆盖在透明导电膜上，起到收集输出电流和反射光线的作用。
四、非硅基太阳能电池的结构非硅基太阳能电池是指使用非硅材料制成的太阳能电池，如碲化镉太阳能电池、磷化镓太阳能电池等。
其结构包括以下几个部分：1.衬底层：通常采用玻璃或塑料材料制成，起到支撑和传导作用。
2.吸收层：通常采用非硅材料制成，如碲化镉、磷化镓等，在吸收光线的同时产生光生载流子。
3.PN结：由P型半导体和N型半导体组成，在PN结上形成接触面，并起到分离光生载流子的作用。
4.透明导电膜：通常采用氧化锌或氧化锡材料制成，在PN结上形成接触面，并起到收集光生载流子和输出电流的作用。
5.金属薄膜：通常采用铝或银材料制成，覆盖在透明导电膜上，起到收集输出电流和反射光线的作用。
五、有机太阳能电池的结构有机太阳能电池是指使用有机材料制成的太阳能电池，其结构包括以下几个部分：1.衬底层：通常采用塑料材料制成，起到支撑和传导作用。
2.吸收层：通常采用聚合物材料制成，具有良好的光吸收性，在吸收光线的同时产生光生载流子。
3.电荷传输层：通常采用全氟化铜酞菁等材料制成，在吸收层和透明导电膜之间形成接触面，并起到传输光生载流子的作用。
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。
有机聚合物太阳能电池发展趋势
有机聚合物太阳能电池发展趋势有机聚合物太阳能电池，听着是不是有点儿高大上？其实也不是什么难懂的东西，它就是利用一些有机材料（比如塑料）来捕捉阳光，转化成电能的一种技术。
现在这么说可能有点抽象，但是你要知道，它背后可是有着大大的潜力，不亚于我们每天呼吸的空气那么重要，未来的能源就可能靠它来拯救我们哦！不过，话说回来，太阳能这个东西，早就不是什么新鲜玩意儿了，只是有机聚合物太阳能电池的出现，让这个曾经看似遥不可及的技术，变得更像是现实生活中的“玩具”了。
真的是，科技这玩意儿，越来越让人眼花缭乱了！说到发展趋势，其实也不难看出来，现在的有机太阳能电池，已经从最早那种看起来像是“幼儿园手工”的玩意儿，变成了越来越有前景、越来越高效的高科技产品。
以前大家都觉得这种电池没啥戏，做得不好，不耐用，效率低得可怜，太阳一照就会褪色或者坏掉，完全无法和传统的硅基太阳能电池相比。
不过，你知道吗，现在这类电池的效率已经能赶上硅电池的一些水平了，虽然仍然有差距，但速度真的是超快的。
反正，以后用这些电池的太阳能板，可以不止“晒”电池这么简单，简直是太阳能的“吸金”高手！关键是，这种有机电池在材料上能降低很多成本，普及速度可以快得惊人，比传统电池还要便宜，简直是“省钱达人”。
这种电池不光能用在地面上的太阳能板，它的应用场景简直丰富到让人瞠目结舌！比如你可以把它用在窗户上，想象一下，如果你的窗子就是一块能自己发电的电池，那岂不是太酷了？要知道，有机聚合物太阳能电池轻巧又灵活，可以制成各种形状和颜色，甚至能融入到各种建筑材料中去，这样一来，整个建筑的外观和功能都能变得更加环保又科技感十足。
搞不好，以后我们的房子都能“晒太阳发电”了，白天阳光照进屋子，晚上电灯一开，直接使用自家的电池，简直像是科幻电影里的情节。
有机太阳能电池的“亲民性”也是它的一大卖点。
你知道吧，传统太阳能电池制造起来可不便宜，而且一般还需要复杂的加工工艺，要么重量重，要么占地方，真的是一点儿都不“接地气”。
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5.1染料敏化太阳能电池及材料
DSSC 电池简介
1976,H.Tsubomura,et al,ZnO,2.5%(at 563nm) 1998,Sommeling et al 1993,M.Gratzel,Red-dye,10.0%(AM1.5) 1998,M,Gratzel,Black-dye,10.4%(AM1.5) 1991,M.Gratzel,N3-dye,7.1-7.9%(AM1.5)
的电子能级由准连续变为离散能级的现象和纳米半导体 微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据 的分子轨道能级，能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。
5.1染料敏化太阳能电池及材料
DSSC 电池结构和组成
TiO2光电阴极
量 子 尺 寸 效 应
导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体d, δ， 电子移动困难，电阻率增大，从而使能隙变宽， 磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关
5.1染料敏化太阳能电池及材料
DSSC 电池简介
全称：染料敏化纳米薄膜太阳能电池，是近年发展起来的一 种太阳能电池，是由瑞士的Graktzel教授领导的研究小组首次
提出的，是基于自然界中的光合作用原理 而发明的．这种电
池以廉价的TiO2 纳米多孔膜作为半导体电极⋯ ，以Ru及Os等 有机金属化合物作为光敏化染料，选用适当的氧化一还原电 解质做介质，组装成染料敏化TiO 2纳米晶太阳能电池 (简称 DSSC电池)．
5.1染料敏化太能电池及材料
DSSC 电池简介
1991年，瑞士Grätzel M. 以较低的成本得到了>7%的光 电转化效率。 1998年，采用固体有机空穴传输材料的全固态DSSCs电池 研制成功，其单色光电转换效率达到33%，从而引 起了 全世界的关注。 目前，DSSCs的光电转化效率已能稳定在10％以上，寿 命能达 15～20年，且其制造成本仅为硅太阳能电池的 1/5～1/10。
5.1染料敏化太阳能电池及材料
DSSC 电池结构和组成
TiO2光电阴极
纳米微粒的基本性质
电子能级的不连续性
•量子尺寸效应
•小尺寸效应
•表面效应
•宏观量子隧道效应
5.1染料敏化太阳能电池及材料
DSSC 电池结构和组成
TiO2光电阴极
量 子 尺 寸 效 应
当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近
体薄膜内部，使氧化态染料能有效地再生。
5.1染料敏化太阳能电池及材料
DSSC 电池结构和组成
TiO2光电阴极
纳米材料与纳米结构的定义
纳米材料指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由 它们作为基本结构单元构成的材料。
基本单元按维数分：
零维：空间三维均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒、原子团簇等 量子点
光谱线会产生向短波长方向的移动 催化活性与原子数目有奇妙的联系
5.1染料敏化太阳能电池及材料
DSSC 电池结构和组成
TiO2光电阴极
小 尺 寸 效 应
当纳米微粒的尺寸与光波的波长、德布罗意波长、
超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更 小时，晶体周期性边界条件被破坏；非晶态纳米微粒的 颗粒表面附近的原子密度减小，导致声、光、电、磁、 热、力学等特性呈现新的小尺寸效应。
2001,A.Hagfektt et al 6.2% (AM1.5) 2002,W.Kubo et al,6.0%(AM1.5) 1998.K.Tennakone, CuI,4.5%(simulated sunlight)
2003, 1993,M,Gratzel,N719-dye,10.58%(AM1.5)
5.1染料敏化太阳能电池及材料
DSSC 电池结构和组成
TiO2光电阴极
小 尺 寸 效 应
光吸收显著增加，并产生吸收峰的等离子共 振频移
磁有序态向磁无序态、超导相向正常相转变
声子谱发生改变
纳米颗粒的熔点降低
金
块状 1337K 2nm 600K
5.1染料敏化太阳能电池及材料
DSSC 电池结构和组成
TiO2光电阴极
表 面 效 应
金属铜或铝的纳米颗粒一遇空气就会燃烧，发生爆炸 (炸药、火箭）
一些无机纳米微粒暴露在大气中会吸附气体，并与气体 进行反应（储氢材料） 很大的比表面，加快化学反应过程 （高效催化剂）
5.1染料敏化太阳能电池及材料
DSSC 电池结构和组成
TiO2光电阴极
5.1染料敏化太阳能电池及材料
一维：空间有两维处在纳米尺度，如纳米丝，纳米棒、纳米管等 量子线
二维：空间有一维处在纳米尺度，如超薄膜，多层膜，超晶格等 量子阱
5.1染料敏化太阳能电池及材料
DSSC 电池结构和组成
TiO2光电阴极
人高 针头 红血球 分子及DNA 氢原子 100万 纳米
纳米的基本概念
1千 纳米
1 纳米 0.1 纳米 20亿 纳米
5.1染料敏化太阳能电池及材料
DSSC 电池简介
染料敏化太阳电池的优点：
从实用性角度来讲： 从染料敏化纳米薄膜太阳电池的结构可以看出，电
池是由双块透明导电玻璃及有一定颜色的染料和电解质构
成，而整个电池是透明的，且带一定颜色，所以可以通过 适当选择染料和电解质的颜色及TiO2膜的厚度来控制整个
电池的透光率，这样可以把电池用作窗户玻璃，即透光又
TiO2光电阴极
表 面 效 应
表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数 之比随纳米粒子尺寸的减小而大幅度地增加，粒子的
表面能和表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子性
质的变化。
5.1染料敏化太阳能电池及材料
DSSC 电池结构和组成
TiO2光电阴极
表 面 效 应
纳米微粒尺寸 d(nm) 10 4 2 1 包含总原子数 3×104 4×103 2.5×102 30 表面原子所占比例 (%) 20 40 80 99
DSSC 电池结构和组成
TiO2光电阴极
宏观量子隧道效应
隧道效应：微观粒子具有贯穿势垒的能力
电子具有粒子性又具有波动性，存在隧道效应。一些宏观
物理量，如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量
等亦显示出隧道效应，称为宏观的量子隧道效应。
5.1染料敏化太阳能电池及材料
DSSC 电池结构和组成
TiO2光电阴极
Materials 单晶硅(晶圆)
Cell (η%) 15~23%
module (η%) 14~18%
太阳能电池应用
技术归类 基本特性 超高效率,超高稳定度 但成本极高 高效率,高穩定度, 具成本竞争力 应用领域
III-V族
太空应用 发电应用(取代传统发 电) ，电力供应源
单晶硅、多晶硅
有机化合物
5.1染料敏化太阳能电池及材料
DSSC 电池结构和组成 导电基底材料
导电基底材料主要是透明导电玻璃，是在厚度为1-3mm的普通 玻璃表面镀上导电膜制成的。 主要成份是掺F的透明SnO2膜（FTO），在SnO2和玻璃之间有
一层几个纳米厚度的纯SiO2膜，目的是防止高温烧结过程中普
通玻璃中Na+ 和K+等离子扩散到SnO2导电膜中。 ITO也可作为该电池的导电衬底材料。
5.1染料敏化太阳能电池及材料
DSSC 电池简介
染料敏化太阳电池的优点：
• 战略角度来讲 我国是一个能源的消耗大国，特别是电力的短缺严重影响 我国的经济持续稳定发展。但是无论是核电还是火电所需
要的燃料都是非常有限的，发电的同时也给环境造成了严
重的污染。 因此我国尤其应当注重太阳能这种可再生绿色能源的开发 与利用。为经济、环境、社会的协调发展奠定良好的基础 。
纳米微粒尺寸与表面原子数的关系
5.1染料敏化太阳能电池及材料
DSSC 电池结构和组成
TiO2光电阴极
表 面 效 应
表面原子所处的晶体场环境及结合能与内部原子有所不同，
存在大量的表面缺陷和悬空键，具有不饱和性质，因而极易与 其他原子反应，具有很高的化学反应活性。
5.1染料敏化太阳能电池及材料
DSSC 电池结构和组成
导电玻璃：8~10Ω/□
5.1染料敏化太阳能电池及材料
DSSC 电池原理
导 电 二 玻 氧 染 璃 化 料
钛
电 解 液
碳 电 导 极 电
玻 璃
5.1染料敏化太阳能电池及材料
DSSC 电池原理
5.1染料敏化太阳能电池及材料
DSSC 电池原理
光
电子注入
染料
电解液
TiO2（20纳米左右）
5.1染料敏化太阳能电池及材料
可当电池用。
5.1染料敏化太阳能电池及材料
DSSC 电池结构
染料敏化纳米薄膜太阳电池电池主要由以下几部分组成： 透明导电玻璃、纳米多孔TiO2膜、染料光敏化剂、电解质和反电 极
5.1染料敏化太阳能电池及材料
DSSC 电池结构
阳极：染料敏化半导体薄膜 2 TiO2膜:5~20um,1~4mg/cm 阴极：镀铂的导电玻璃 电解质：I3-/I-
第五章 有机太阳能电池
5.1染料敏化太阳能电池及材料
5.2有机聚合物太阳电池
5.3有机光伏电池的理论及参数
太阳能电池归类及效率
Sorts of Solar Cell
結晶硅 硅 非晶硅 III-V族 半导体 化合物 II-VI族 多元化合物 染料敏化型 有机化合物 有机D/A型 高分子/小分子/纳米粉体 ~8.3% 多晶硅(晶圆、薄膜) A-Si,a-SiC, a-SiGe GaAs(晶圆、薄膜) CdS,CdTe CuInSe2 nMO(TiO2)/Dye/电解质 12~17% 8~13% 18~35% 10~14% 12~16% ~12% 4~8% 10~16% 6~9%