《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;.
有机太阳能电池加工过程相对简单,可低温 操作,器件制作成本也较低.除此之外,有机太 阳能电池的潜在优势还包括：可实现大面积 制造、可使用柔性衬底、环境友好、轻便易 携等.因而有望在手表、便携式计算器、半 透光式充电器、玩具、柔性可卷曲系统等体 系中发挥供电作用。
电极材料：为了提高太阳能电池器件中电子和空穴的输出效率，要求 选用功函数尽可能低的材料作为阴极和功函数尽可能高的材料作为阳 极。电极材料的选取对于确定电极与有机材料之间是否形成欧姆接触 或整流接触有较大影响。
5.有机太阳能电池前景
虽然有机太阳能电池的供电效率不如传统电池的效率高，但是他的造价低 廉而且还有多样性的用途，所以它的前景一片光明！具有以下优点：
有机太阳能电池简介
报告人： 刘 秀 勇 学 号：09721388
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。
发展历程和现状：
1958：第一个有机光电转化器件由Kearns和Calvin制备成功，其主要材料 为镁酞菁（MgPc），夹在两个功函数不同的电极之间。在那个器件上，他 们观测到了200 mV的开路电压。
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。
3.2.双层结构有机太阳能电池：
1986：华人邓青云博士，改进了器件核心结构，由四羧基苝的一种衍生 物（PV）和铜酞菁（CuPc）组成的双层膜。他制备的太阳能电池，光电 转化效率达到1％左右。
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。
4.有机太阳能电池常用材料
有机小分子材料 1.分子量的大小分类:
有机聚合物材料
2简单的介绍常用的有机材料的结构及光电特性:
小分子材料：是一些含共轭体系的染料分子，它们能够很好地吸收可见 光从而表现出较好的光电转换特性，具有化合物结构可设计性、材质较轻、 生产成本低、加工性能好、便于制备大面积太阳能电池等优点。但由于有 机小分子材料一般溶解性较差，因而在有机太阳能电池中一般采用蒸镀的 方法来制备小分子薄膜层。有机太阳能电池器件中常用的小分子材料 主要有酞著、叶琳、并五苯和富勒烯等
3.4叠层结构太阳能电池
单个太阳能电池对于太阳光的吸 收总是有一定范围的，因为不论 是哪一种太阳能电池材料，由于 其禁带宽度的限制，使得材料都 不可能在很宽的光谱范围内 有良好的光谱响应， 这种结构将两个或三个不同带隙 宽度的单结电池串联起来，将太 阳光谱的各个波段更有效地利用， 从而提高了光电转换效率。
形成回路
有机太阳能电池中的基本物理过程图
2.2衡量有机太阳能电池的光电转换效率的基本参数
短路电流（ISC） 开路电压（VOC） 填充因子（FF） 外量子效率（EQE）/光电转换效率（IPCE） 能量转换效率（η）
3.有机太阳能电池的结构
3.1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。
基本物理过程为: 光照射到作为给体的有机半导体材料上， 产生激子，然后激子在给体和受体的界 面解离，接着电子注入到作为受体的有 机半导体材料中，空穴和电子得到分离。 在这种体系中，电子给体为p型，电子 受体则为n型，从而空穴和电子分别传 输到两个电极上，形成光电流。
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。