有机太阳能电池

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静思笃行 持中秉正
有机太阳能电池（Organic Photovoltage）
☞ 一、OPV 简介 资料卡片
OPV在有机组成上的特点
1. 由少数几种元素组成 C、H、O、N、S、P、X · · · · · 2. 形成 一般有链和环 3. 有同分异构体、立体异构体 如： C63H90N14PCo 可代表：维生素B12 叶绿素 牛胰岛素（51肽）等
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有机太阳能电池（Organic Photovoltage）
☞目 录 Contents
1、OPV简介 2、OPV制备 3、OPV分类 4、OPV工作原理 5、存在问题及原因
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有机太阳能电池（Organic Photovoltage）
有机太阳能电池 Organic Photovoltage
报告人 ：刘承奔
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2017.10
有机太阳能电池（Organic Photovoltage）
☞目 录 Contents
1、OPV简介 2、OPV制备 3、OPV分类 4、OPV工作原理 5、存在问题及原因
MDMO-PPV/PCBM-C60 CuPc/C60 P3HT/PCBM
P3HT/PCBM-C60
2003 2004 2005
2007
70-80 50-60 60-80
67
3.0 ~5 ~5
6.5
Janssen Forrest Yang
Heeger
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双层器件，激子在施主与受主界面形成的p-n结处离化。
4
电荷传输：在有机材料中，电荷的传输是定域态间的跳跃，而不是能带
内的传输，这意味着有机材料和聚合物材料中载流子的迁移率通常都比 无机半导体材料的低。
5
电荷收集：电荷收集效率是影响光伏器件功率转换效率的关键因素，金
属与半导体接触时会产生一个阻挡层，阻碍电荷顺到达金属电极。
☞ 二、OPV 制备 资料卡片
有机薄膜制作方法
膜厚由转速、溶剂、组成成分和浓度决定
旋涂
刮刀刀片
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丝网印刷
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☞目 录 Contents
1、OPV简介 2、OPV制备 3、OPV分类 4、OPV工作原理 5、存在问题及原因
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有机太阳能电池（Organic Photovoltage）
☞ 四、OPV 工作原理 资料卡片
有机太阳能电池特性参数
• 短路电流Isc
太阳电池在短路条件下的工作电流称为短路光电流(Isc) • 开路电压Voc 太阳电池在开路条件下的输出电压称为开路光电压(Voc) • 填充因子FF FF=Vm· Im/Voc· Isc • 能量转换效率(PCE)： 量子效率 太阳电池受光面积的最大输出功率(Pmax)与入射的太阳光能量密度(P in)的百 分比。
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☞目 录 Contents
1、OPV简介 2、OPV制备 3、OPV分类 4、OPV工作原理 5、存在问题及原因
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有机太阳能电池（Organic Photovoltage）
☞ 一、OPV 简介 资料卡片
OPV发展历程
给体/受体 CuPc铜酞菁/PV四羧基苝 POPT/CN-PPV MDMO-PPV/PCBM-C60 P3HT/PCBM-C60 年代 1986 1998 2001 2002 填充因子 FF (%) 65 60-70 50-60 60-70 能量转换效率 (%) ~1 ~2 2.5 2.8 研究小组 Tang Hall/Friend Sariciftci Brabec
有机太阳能电池（Organic Photovoltage）
☞ 一、OPV 简介 资料卡片
OPV发展历程
• 美国加州伯克利分校科学家在2002 年利用塑料纳米技术研制出第一代 塑料太阳能电池，可以安装在一系 列便携式设备及可穿戴式电子设备 上, 提供0.7V的电压。
• 特点：价格低、易成型，通过化学 修饰调控性能。
☞ 四、OPV 工作原理 资料卡片
五个关键步骤
1 2 3
光子吸收：在大部分有机太阳能电池中，因为材料的带隙过高，只有一
小部分入射光被吸收，吸收只能达到30％左右。
激子扩散：激子的扩散长度应该至少等于薄膜的厚度 ，否则激子就会
发生复合，造成吸收光子的浪费。
电荷分离：对于单层器件，激子在电极与有机半导体界面处离化，对于
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☞目 录 Contents
1、OPV简介 2、OPV制备 3、OPV分类 4、OPV工作原理 5、存在问题及原因
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有机太阳能电池（Organic Photovoltage）
☞ 一、OPV 简介 资料卡片
OPV的优缺点
优点 • 成本低 • 质量轻 • 材料来源广泛 • 制备工艺简单 • 可做在柔性衬底上 • 可大面积生产 缺点 • 效率低
• 寿命短
• 材料光电特性可调整
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☞ 三、OPV 分类 资料卡片
金属电极层
单层太阳能电池 （肖特基型）
阴极 A D
有机层 半透明金属电极层（或ITO） Glass
双层太阳能电池
Glass
阴极
体掺杂太阳能电池
D＋A Glass
☞ 四、OPV 工作原理 资料卡片
OPV工作原理
电荷产生，传输和收集
真空
LUMO
激子在给体受体界面分离
hυ
下电极
HOMO
LUMO
上电极
自由电子和空穴传输并被两极收集
吸收光子产生激子 (电子空穴对)
给体
Baidu Nhomakorabea
HOMO
受体
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