光电转化高分子材料27页PPT
光致变色高分子材料
目录：
无机材料 共轭链变化：螺吡喃、联吡啶类、嗪类
O Br
N Br
O
N toluene, reflux, 2h
MgBr
ONO
C2H5I, K2CO3
ONO
N
N
H
H
acetone, reflux, 36h
N
N
C2H5 C2H5
目录：
光致变色物质可以用来制得光致变色油墨；将光致变色物质加入透明
树脂中，制成光变色材料，可以用于太阳眼镜片、服装、玩具等等。
俘精酸酐类物质的合成 O
CH3(CH3)16COCl
H3C O CH3
SnCl4
C17H35 H3C O CH3
傅-克酰化反应
O
O
O
OC2H5 OC2H5
(CH3)2CO NaH
H3C
OH C2H5OH OC2H5 H2SO4 H3C
OC2H5 OC2H5
羟醛缩合、酯化
O
CH3 O
CH3 O
O O
CH
O
NH
hυ1
CH
hυ2
O O
席夫碱类
hυ1 hυ2
COOH
HO
O
OH
HO
O
O
占吨类
目录：
无机材料 共轭链变化：螺吡喃、联吡啶类、嗪类
一、光顺致反变结色构基变化本：概硫念靛类、偶氮类 二、光分致子变内色质物子转质移分：类席夫碱、占吨类 有机三材料、光开 类致、环变二-闭色杂环芳物反乙质应烯：合类俘成化精合酸物酐等类、二甲基芘 四、光加致氧变-脱色氧物反质应：应芳用香稠环类
光电转化高分子材料PPT
☺ 光电转换材料最重要的用途是制作太阳能电 池。
➢ 硅太阳能电池
成本昂贵、工艺复杂、材料要求苛刻。
➢ 有机光电池
潜在的低成本、轻重量和分子水平的可设计性
24.01.2021
7
有机/聚合物太阳能电池
▪ 聚合物太阳能电池一般由共轭聚合物给体和富勒烯衍生 物受体的共混膜夹在ITO透明正极和金属负极之间所组 成，具有结构和制备过程简单、成本低、重量轻、可制 备成柔性的器件等突出优点。近年来成为国内外研究热 点。
24.01.2021
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性能参数
暗电流曲线是指太阳能电池在没有光照下的 电压一电流(IV)曲线，测试方法与光电流一 样，只是必须完全隔绝光线。测量暗电流的 意义在于观测电池器件是否具有二极管特性， 同时可以表征电池的整流效应，好的电池应 该有比较高的整流比，也就是正向暗电流比 反向暗电流高越多越好。
D
A*
24.01.2021
D+
A-
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激子太阳能器件就是基于不同材料之间的能量和电 子转移来实现太阳能到电能的转换的。
24.01.2021
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光电响应原理
在聚合物太阳能电池中光电响应过程是在光敏层中产生 的. 共轭聚合物吸收光子以后并不直接产生可自由移动的 电子和空穴, 而产生具有正负偶极的激子(exciton). 只有 当这些激子被解离成可自由移动的载流子, 并被相应的电 极收集以后才能产生光伏效应. 否则, 由于激子所具有的 高度可逆性, 它们可通过发光、弛豫等方式重新回到基态, 不产生光伏效应的电能. 在没有外加电场的情况下, 如何
光电转化高分子材料
——聚合物太阳能电池
组员：
王霞、申燕燕、张瑞、陶升东、 王朋
光电转化高分子材料共28页文档
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
光电转化高分子材般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
光功能高分子材料ppt课件
5.2 光敏涂料
优点： 固化速度快 不需加热，耗能少 污染少 便于流水线作业 缺点： 不适合形状复杂物体的涂层 价格高
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
光 表面涂料：装饰和保护层 敏 涂 料 光致抗蚀剂：制造印刷电路板 光敏涂料体系的组成：
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
主 要 内 容
概述 光敏涂料 光致抗蚀剂 光致变色高分子材料 光导电高分子材料
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光化学反应过程： 1. 激发过程：分子吸收光能，电子从基 态向高能级跃迁，成为激发态。 2. 化学反应：激发态分子向其它分子转 移能量或产生各种活性中间体而发生化 学反应。
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
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by l i ght
光引发剂（PI）
（PI）*（激发态生成）﹠
光电转换高分子材料
光电导高分子光电导材料是一种物质在光激发下产生电子、空穴载流子后，在外加电场作用下，电子移向正极，空穴移向负极，因而在电路中有电流流过，这种现象称为光电导.许多高分子材料在暗处，是绝缘体或半导体，但在光照下变成良导体，这就是我们所说地光电导高分子材料.严格地说真正能称光导材料地物质，应该是指光电流对暗电流地比值(氏／暗)很大地物质，即发生载流子地量子效率高，寿命长，载流子迁移率大地物质.物质光照射激发后，由于激发能地转移产生离子对(离子自由基)被认为是产生载流子地先决条件.在固体地同种分子之间或同种生色基团间容易发生能量转移；在聚合物中激发能容易沿着高分子链在其侧链地生色基团之间迁移；在高分子膜中，可能同时存在激发能在分子间及侧链生色基团之间地迁移.在外加电场作用下，这种由光照激发而发生地电子转移形成离子对迁移而发生光电流.光电导与光电效应不同之处在于前者是物体地一种内部效应，即原来被物体晶格束缚地电子，由于不能自由地在晶格中运动，所以导电性不好，但在接受光地能量后，电子就处于“自由状态”，在电场作用下产生定向运动而导电；光电效应则是光使电子逸出物体表面地一种作用.光电导是半导体地主要特征之一.硫化镉、硫化铅、锑化铟等半导体，光电导显著，因而常用于制造光敏电阻文档收集自网络，仅用于个人学习.国内在光电磁功能高分子领域，高迁移率高分子材料地设计与制备、分子结构、电子结构和凝聚态结构地协同调控是重要方向，最近在树枝状共轭高分子、可控缩聚或偶联聚合方面都取得了重要进展.文档收集自网络，仅用于个人学习聚合物发光二极管()器件制备中，在发光层加入半导体量子点()胶体层，就获得半导体量子点发光二极管()，与相比，它具有发光色纯度高(发光半峰宽窄)、发光颜色可通过控制量子点尺寸大小进行调节等优点.对地研究引起了薄膜电致发光器件和半导体纳晶研究工作者地极大关注.李永舫等[]在地研究方面取得重要进展.他们用具有核壳结构地和纳晶量子点、聚三苯胺为空穴传输层、八羟基喹啉铝为电子传输层，通过调节量子点尺寸以及通过器件结构和各层厚度地优化，制备了可发红、橙、黄、绿种颜色光地器件，其最大亮度分别达到(红光)、(橙光)、(黄光)和(绿光)，分别为当时文献报道地各色光地最高值.同时，这些还具有启亮电压较低(～)、效率较高(～)、色纯度高(电致发光谱半峰宽左右)和工作寿命较长等优点.文档收集自网络，仅用于个人学习采用将多种发光组分通过共价键连接，获得了具有发射白光功能地单一高分子，即在具有蓝色发光性能地聚芴主链上，嵌入少量发红光地组分，在侧基上接少量发绿光地组分.以此聚合物制备地单层发光二极管同时发蓝、绿和红光因而结果是发白光.基于三基色发白光聚合物地电致发光效率以共聚方法远比共混效果好很多.由该高分子制成地单层器件地启亮电压、电流效率、功率效率、最大亮度和色坐标()，是当时国际报道地最高效地三色白光单一高分子荧光单层器件[].文档收集自网络，仅用于个人学习此外，从一种主链带有种发光重复单元(, , )地共轭聚合物制备获得了高效白光器件.曹镛等[]以共聚物制备地器件经°退火，给出了最好地器件性能，其外量子效率为()，发光效率坐标().而且，在很宽地电压范围此聚合物白色发光色坐标保持很稳定.由于主链上种发光链段地相互有效分离，从蓝色发光聚芴到红色和绿色地能量转移地不完全及从绿色到红色生色团能量转移地受限，导致了种颜色地发光，从而给出匹配地红绿蓝()宽波长范围、坐标理想地白色发光.文档收集自网络，仅用于个人学习美国和韩国学者合作报道了当时光电转换效率最高地可在太阳宽广谱范围吸收能量地聚合物太阳能电池[].聚合物太阳能电池因其可以用打印或涂覆技术在柔性基底大面积制备而倍受关注，但其能量转换效率局限在.为了提高从太阳捕光量，把吸收不同波长地两种太阳能电池以背靠背连接电池地结构连接起来，以溶液方法制备获得地太阳能电池效率高达，适于价廉方便地工业化制备，是当时有机材料太阳能电池中效率最高地.此器件由两个异质结组成，前一个电池是由窄带隙聚合物复合体系组成，在近红外与紫外光区域有吸收，后面地电池由宽带隙聚合物复合体系组成，在可见光区域有吸收.制作时，以溶胶凝胶化学方法制备透明导电地为电极、两层空穴传输聚合物层构成地电池之间通过透明地钛氧化物和空穴传输层()连接，其中钛氧化物作为第一层电池地电子传输层和第二层电池地基底，所得地串联电池地开路电压是各电池之和.文档收集自网络，仅用于个人学习传统地太阳能电池为片状，利用透明玻璃做电极，需要特殊制备设备与工艺.大尺寸、角度依赖性、力学脆性和高成本使其在恶劣条件下于电子系统、日常用品中地应用变得非常困难.邹德春等制备了结构为钢丝染料电解质聚偏氟乙烯地太阳能电池，其中地染料是顺双(异硫氰根合)双(’二联吡啶’二羧酸基)钌()，电解质是甲基噁唑烷酮乙腈.传统太阳能电池为平板结构，太阳光必须从一个透明电极面进入电池内部实现光电转换；而且在使用中只能通过拼嵌等方式组成电池组模块.邹德春等充分利用纳米结构独特地光学以及电子学特性，采用与传统太阳能电池完全不同地采光模式，成功制备了一维纤维结构以及网状结构地纳米晶柔性太阳能电池.纤维太阳能电池地直径最小可以达到μ，具有良好地柔性以及机械强度，可以进一步通过编织形成网、绳等各种形态地太阳能织物模块.由于利用了纳米结构对光地强散射，电极材料不再需要透明，使电池彻底摆脱了对等透明导电材料地依赖，可以采用导电性、稳定性、机械强度都更优良地金属纤维作为电极基底，有利于改善电池地效率和稳定性，同时有望大幅降低电池地成本[]. 地“ ”栏目和美国化学学会网站地“ ”栏目都撰文进行了报道进行了专门介绍和积极评述.文档收集自网络，仅用于个人学习聚乙烯基咔唑()及其衍生物是以大π键堆积地超分子有机半导体()，其分子内超分子相互作用导致了半导体性能.通过反应对改性获得带芴取代基地，进而调控基本电子结构与传输性能[].以该聚合物制备地单层金属器件具有很稳定地闪存效应，层状器件具有稳定地闪存记忆效应，其开关比为, 写擦电压为，独特地电双稳态来自于电场诱导地取向效应和芴取代基地空阻效应，表明此二芳基芴取代地有望用于信息存储.文档收集自网络，仅用于个人学习过去在提高塑料半导体地发光性能时，导电性能会受到损害，而提高导电性能就会影响其发光性能.现在有报道，通过改变化学结构，比原电荷传递速率提高倍，同时提高了激光地产生能力，其发光波长从近紫外到近红外可调，相信在不久地将来这么大转化率地高分子材料一定会进入人们地生活中！文档收集自网络，仅用于个人学习。
《光电高分子材料》PPT课件
高分子光电材料的研究现状
光电导效应：是在光照的条件下材料
电导率发生改变的现象，它包括以下几
个物理过程：吸收光→载流子产生→ 载流子驰豫→载流子迁移或复合。它
是光电子学中一个非常重要的性能，是 光伏器件、空间光调制器、硬拷贝设备 和光电子计算机的应用基础。
20
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(1) 高分子电致发光材料
1936年，居里夫人实验室的G. Destnau 将有机荧光化合物分散在聚合物中制成薄膜， 发现了有机电致发光现象。20世纪50年代人 们开始了用有机材料制作电致发光器件的探 索，但由于单晶成长和大面积化比较困难， 且驱动电压高，因此有机电致发光材料并未 真正引起人们的重视。
34
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导电高分子不仅在一定程度上具有高分 子的柔韧性和可加工性，而且具有半导体或 金属的导电性。由于可实现柔性、大面积薄 膜的制作，因而大幅降低了成本。
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尽管聚合物太阳能电池的光电转换效率
还较低（仅为1%～2%），目前还不能和无 机半导体光电池相抗衡，但Goetzberger等 多位科学家经过深入的研究推断，有机/聚 合物太阳能电池的光电转换效率是有望突破 10%的，如果能达到预期的转换效率，采用 该类聚合物制作的高性能光电转换器件必将 在太阳能电池领域获得广泛的应用。
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光电转换的研究大致分为三个阶段
(1)对各种半导体电极/电解液体系的光电 化学转换进行系统研究，以便获得廉价的 光电化学转换太阳能的途径。
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(2)有机光敏染料体系的光电能量转换迅 速兴起并得到很大的发展。
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(3) 具有纳米结构的半导体和有机/纳米半 导体复合材料成为光电化学能量转换研 究的主要对象。
有机高分子材料在光电中的应用解析资料 ppt课件
PPT课件
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液晶的历史。
1888奥地利植物学家莱尼兹尔发现。
1889德国物理学家Lehmann观察到了液晶现象，并 正式命名。
1922法国人菲利德尔将液晶分为三种基本类型也就 是现在人们所熟知的，向列型，近晶型及胆笫村
1963威廉姆斯发现向列液晶中的畴结构
2。 提高有机光导纤维热性能 有机光纤热性能往往影响它们的性能，这个方面是有机光导纤维将 来能否得到进一步发展的关键
3。有机光导纤维的开发利用 随着有机光纤的性能的改善，其应用的领域也在不断的开拓，有室内 装饰向通讯领域发展。目前宇宙，军事，空间等高科技领域都找到了 潜在的发展。（保密性能好、不受干扰、无法窃听）
光纤中心部分(芯Core)＋同心圆状包裹层(包层Clad) ＋涂覆层
包层
树脂被覆层
芯
特点：ncore>nclad 光在芯和包层之间的
界面上反复进行全反射，并在光纤中传递下去。970年激光器和低损耗光纤这两项关键技术的重大突破，使光纤通 信开始从理想变成可能。
1974年美国贝尔研究所发明了低损耗光纤制作法―CVD法（气相沉 积法），使光纤损耗降低到1分贝／公里。
PPT课件
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
PPT课件
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非线性光学的重要价值
➢ 1960年激光器诞生以来，非线性光学得到 了飞跃发展。
《光功能高分子材料》课件
VS
环境监测
光功能高分子材料还可以用作环境监测的 探针和传感器，通过检测环境中特定物质 的变化来实现环境质量的实时监测和预警 。
05
光功能高分子材料的未来发
展
新材料开发
高性能光敏树脂
研究开发具有高感光度、高分辨 率和高稳定性的光敏树脂，以满 足3D打印、微纳制造等领域的需 求。
新型光聚合引发剂
探索新型光聚合引发剂，提高光 聚合反应的效率和可控性，促进 光功能高分子材料的发展。
将具有光功能的物质掺入到高分子基质中，形成光功能高分 子复合材料。例如，将荧光染料掺入聚合物中，可制备具有 荧光性能的聚合物材料。
复合制备
将两种或多种高分子材料进行复合，形成光功能高分子复合 材料。例如，将聚合物与无机纳米粒子复合，可制备具有光 催化性能的复合材料。
表面改性与涂层制备
表面改性
通过化学或物理方法对高分子材料表面进行改性，赋予其光功能特性。例如，使 用等离子体处理、紫外光照射等方法对高分子表面进行处理，可提高其光敏性。
《光功能高分子材料 》PPT课件
• 光功能高分子材料简介 • 光功能高分子材料的性质 • 光功能高分子材料的制备方法 • 光功能高分子材料的应用 • 光功能高分子材料的未来发展
目录
01
光功能高分子材料简介
定义与分类
总结词
光功能高分子材料是指具有光学功能的高分子材料，可以根据其特性进行分类 。
详细描述
环保等方向发展。
应用领域
总结词
光功能高分子材料在多个领域都有广泛的应用，如显 示、照明、生物成像等。
详细描述
光功能高分子材料因其独特的性能和广泛的应用前景 ，在多个领域都有广泛的应用。在显示领域，光功能 高分子材料可用于制造液晶显示器、有机电致发光显 示器等；在照明领域，光功能高分子材料可用于制造 高效LED灯具、荧光灯管等；在生物成像领域，光功 能高分子材料可用于荧光探针、生物成像标记物等。 此外，光功能高分子材料还可用于太阳能电池、信息 存储等领域。
《光学高分子材料》PPT课件
其
重
重
他
氮
铬
的
和
酸
感
叠
盐
光
氮
+
性
基
高
化
化
分
合
合
子
物
物
+
+
高
高
分
分
子
子
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根据其在光参量作用下表现出的功能和性质分类：
（1）高分子光敏涂料 （2）高分子光刻胶 （3）高分子光稳定剂 （4）高分子荧光（磷光）材料 （5）高分子光催化剂 （6）高分子光导材料 （7）光致变色高分子材料 （8）高分子光力学材料
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3
2、光化学反应的基础知识
2.1 光的性质和光的能量 光是一种电磁波。在一定波长和频率范围内， 它能引起人们的视觉，这部分光称为可见光。广 义的光还包括不能为人的肉眼所看见的微波、红 外线、紫外线、X 射线和γ射线等。
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4
表2—1 各种波长的能量
光线名称 波长 /nm 能量 /kJ 光线名称 波长 /nm 能量 /kJ
32
重要的光聚合体系光敏剂
类别 羰基化合物 偶氮化合物 有机硫化物 氧化还原体系 卤化物 色素类
有机金属化合物 金属羰基类 金属氧化物
感光波长 /nm
化合物例
360～420 安息香及基醚类；稠环醌类
340～400 偶氮二异丁腈；重氮化合物
280～400 硫醇；烷基二硫化物
－
铁(II)/过氧化氢
300～400 卤化银；溴化汞；四氯化碳
CH2CH2 CHCH2 O O
CH3 C CH3
O CH2CH CH2 O
+ 2CH2 CH COOH CH2 CHCOOCH2CHCH2O O
功能高分子化学课件-光电转换材料64页PPT
16.08.2021
5
第三节非线性光学有机高分子材料
二阶非线性光学材料大致可分为三类： 1、氧化物和铁电晶体，如铌酸锂，石英； 2、III-Ⅳ族半导体； 3、有机聚合物材料。
早期研究主要集中在无机晶体材料，但近期非线性光学聚合 物材料的研究是一个非常活跃的领域。研究表明，有机及聚合物 作为非线性光学材料具有以下明显优于无机晶体的特点：响应速 度快（亚皮秒甚至飞秒）、介电常数低、损伤阈值高、非线性响 应快、价格低廉、容易合成和裁减、与现有微电子平面工艺兼容、 可在各种衬底上制备器件等。另外，用有机聚合物制作多层材料 可以达到垂直集成，是现有铌酸锂等无机材料所做不到的。这些 优点使得用有机聚合物制备波导形式的电光调制器和倍频器件成 为有现实可能性的目标。
16.08.2阶非线性光学材料研究
对于二阶非线性光学效应应用的有机分子来说，迄 今普遍重视的多数是强电子给体和受体的基团通过大л 共轭体系作为“桥”结构连接的“一维”电荷转移分 子，也称之为生色团分子，其结构通式可写成Ｄ-л-Ａ。 其中D 和A 分别表示电子给体和受体基团。这样的生 色团分子在电场作用下显然会表现出各向异性以及微 观上的二阶非线性光学效应。但如果在聚合物材料中 所引入的生色基团为任意无规分布，或者生色基团形 成中心对称晶体堆砌时，整个聚合物材料仍具有宏观 中心对称结构而不会产生宏观上的二阶非线性光学效 应。
16.08.2021
4
第三节非线性光学有机高分子材料
3.1.2 非线性光学材料
光功能高分子材料-PPT课件
演讲：章俊杰 组员：章俊杰，施军，李翔， 王一钱，李继涛，李江龙，刘熠
说起高分子，纷繁复杂的化学式应该是大多数人的第 一映像了!
然后
想到的是：
高分子材料： macromolecular material，以高分子化合物为基础 的材料。高分子材料是由相对分 子质量较高的化合物构成的材料， 包括橡胶、塑料、纤维、涂料、 胶粘剂和高分子基复合材料，高 分子是生命存在的形式。所有的 生命体都可以看作是高分子的集 合。
功能高分子虽然是一个新兴的领域， 但飞速的发展也使得它具有一个庞大 的家族
按照功能特性通常可分成以下几类
（1）分离材料和化学功能材料 （2）电磁功能高分子材料 （3）光功能高分子材料 （4）生物医用高分子材料
光功能高分子材料
• 所谓光功能高分子材料，是指能 够对光进行透射、吸收、储存、 转换的一类高分子材料。光与半 导体相融台的高技术引人注目.
高分子材料多种多样，形形色色
按高分子主链结构分类：
碳链高分子
分子主链由C原子组成，如： PP、PE、 PVC
分子主链由C、O、N、P等原子构成。 如：聚酰胺、聚酯、硅油 分子主链不含C原子，仅由一些杂原 子组成的高分子。如：硅橡胶
杂链高聚物
元素有机高聚物
高分子：
塑 料 以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂和 填料，经加工形成的塑性材料或刚性材料。 纤细而柔软的丝状物，长度至少为直径的100 倍。 具有可逆形变的高弹性材料。 涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、起装饰和 保护作用的聚合物材料 能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在 一起的聚合物材料 具有特殊功能与用途的精细高分子材料
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29.03.2020
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激子太阳能器件就是基于不同材料之间的能量和电 子转移来实现太阳能到电能的转换的。
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光电响应原理
在聚合物太阳能电池中光电响应过程是在光敏层中产生 的. 共轭聚合物吸收光子以后并不直接产生可自由移动的 电子和空穴, 而产生具有正负偶极的激子(exciton). 只有 当这些激子被解离成可自由移动的载流子, 并被相应的电 极收集以后才能产生光伏效应. 否则, 由于激子所具有的 高度可逆性, 它们可通过发光、弛豫等方式重新回到基态, 不产生光伏效应的电能. 在没有外加电场的情况下, 如何
咔唑及衍生物是当今研究较多，应用开发较好的 一类光电材料。
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8
激发态的能量转移：
D*+A——D+A*
偶极-偶极能量转移（foster能量转移）
D*
A
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D
A*
9
电子交换能量转移（dexter能量转移）
D*
A
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D
A*
10
D+A*——D++A-
D
典型的太阳电池是一个p-n结半导体二极管。
◆ p-n结的形成过程
◆光生载流子－电子／空穴对的产生
◆ “光生电压”及“光生电流”的产生
29.03.2020
3
太阳电池
p-n结
“光生载流子” 的产生
光子把电子从价带(束缚)激发到导带(自 由)，并在价带内留下一个/空穴(自由)－ 产生了29自.03由.20电20 子－空穴对
使光敏层产生的激子分离成自由载流子便成为聚合物太 阳能电池正常工作的前提条件。
29.03.2020
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离子分离
▪ 电子给体/ 受体方式是实现有机光伏电池中激子分离的 有效途径. 因此, 光敏层至少要使用两种功能材料( 或组 分), 即电子给体(donor 或D)与电子受体(acceptor 或A) 组成. 目前D 相材料主要使用共轭聚合物, 如PPV, 聚噻 吩和聚芴的衍生物, 但它们的能带间隙较高. 最近发展 了低能带间隙的电子给体材料如噻吩、芴、吡嗪等的共 聚物; 而常用的A 相材料主要是有机受体C60及其衍生 物, 纳米ZnO, CdSe 等无机受体材料以及含有氰基等吸 电子基团的共轭聚合物受体材料. 为了使激子过程得以 顺利进行, 要求所选用电子给体的最低空轨道(LUMO) 能级比电子受体的LUMO能级稍高, 这样在能量的驱动 之下, 电子由D 相的LUMO 转移到A 相的LUMO上. 一般 情况下, D 相的LUMO能级比A 相的LUMO能级高 0.3~0.4 eV 时就能使激子有效地分离成自由载流子。
▪ 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。
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太阳能电池的定义
太阳能电池是太阳能光伏发电的基础和核心， 是一种利用光生伏打效应把光能转变为电能的器 件。用适当的光照在上边之后器件两端会产生电 动势。
▪ 结构规整的聚(3-己基)噻吩(P3HT)和可溶性C60衍生物 PCBM是最具代表性的给体和受体光伏材料。基于 P3HT/PCBM的光伏器件能量转换效率稳定达到3.5～ 4.0%左右，使这一体系成为聚合物太阳能电池研究的标 准体系。但P3HT/PCBM体系也存在电子能级匹配性不 好（P3HT的HOMO能级太高或者说PCBM的LUMO能级 太低）的问题，这导致了器件的开路电压较低，只有0.6 V左右，这限14
性能参数
暗电流曲线是指太阳能电池在没有光照下的 电压一电流(IV)曲线，测试方法与光电流一 样，只是必须完全隔绝光线。测量暗电流的 意义在于观测电池器件是否具有二极管特性， 同时可以表征电池的整流效应，好的电池应 该有比较高的整流比，也就是正向暗电流比 反向暗电流高越多越好。
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性能参数
材料的性能是怎样表征的？ ——将光电材料制成光电池
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▪ 到目前为止，研究的光导电性高分子有下面几类： ▪ (1)链中含有共轭键的聚合物，如聚乙炔、聚席
夫碱、聚多烯、聚硅烷等； ▪ (2)侧链或主链中含有稠合芳烃基的聚合物； ▪ (3)侧链或主链具有杂环的聚合物，如聚乙烯咔
唑及其衍生物； ▪ (4)一些生物高分子及其类似物。其中，聚乙烯
☺ 光电转换材料最重要的用途是制作太阳能电 池。
➢ 硅太阳能电池
成本昂贵、工艺复杂、材料要求苛刻。
➢ 有机光电池
潜在的低成本、轻重量和分子水平的可设计性
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有机/聚合物太阳能电池
▪ 聚合物太阳能电池一般由共轭聚合物给体和富勒烯衍生 物受体的共混膜夹在ITO透明正极和金属负极之间所组 成，具有结构和制备过程简单、成本低、重量轻、可制 备成柔性的器件等突出优点。近年来成为国内外研究热 点。
内容
▪ 研究背景 ▪ 太阳能电池 ▪ 相关原理与性能参数 ▪ 设想 ▪ 参考资料
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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。
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光电流曲线即在一定光强的光照下，监测电 池的电流电压记录成曲线。从电池的光电流 曲线我们可以读出短路电流(Isc)(shortcircuit current)和开路电压(Voc)(open Circuit voltage)．其中 JSC=JL/(1+RS/RP) VOC=kT/qln(JL/JD)
“光生电压”的产生
自由电子和空穴扩散进入p-n结，n-p
结作用下，分别在n区和p区形成电子
和空穴的积累
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太阳能电池分类
晶体硅太阳能电池 非晶硅太阳能电池
传统太阳能电池 化合物半导体太阳能电池
纳米晶化学太阳能电池
有机\聚合物太阳能电池
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光电转换材料
☺ 光电转换材料是一种能将光通过一定的物 理或化学方法变成电能的功能材料，是材 料科学研究领域的一个热点。