有机小分子太阳能电池与研究进展ppt课件
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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
有机太阳能电池材料ppt课件
13 4、有机太阳能电池材料的材料研究
4. 1 应用于有机太阳能电池的小分子材料
小分子光伏材料由于具有纯度高、易合成等优点，成为研究光 伏器件基本原理的理想材料之一。小分子光伏材料一般采用热蒸镀 方法制备器件，部分可溶性小分子也可以采用溶液旋转甩膜法、喷 涂法、自组装法、推膜法和丝网印刷等方法.
概括地讲,小分子光伏材料主要分为5类: 酞菁类材料、液晶材料、 稠环芳香化合物、噻吩寡聚物和三苯胺及其衍生物等.
广阔的应用前景。 近年来，有机太阳能电池的光电转化效率具有
突破性的提高。2001年有机太阳能电池光电转化效率仅为2.5%，
2011年servic研究小组制成有效面积1cm2的有机太阳能电池%其光
电转化效率已经超过10%。近年来有机太阳能电池的光电转化效
率变化趋势如图所示：
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6 2、有机太阳能电池材料的工作原理
由于电子与空穴在同一材料中传输，复合几率较大，所以单质 结结构有机太阳能电池的光电转换效率低。
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8
2.2、p-n异质结结构
p-n异质结结构有机太阳能电池电池结构为：玻璃/ITO/n-染料/p染料/金属电极。与单质结结构有机太阳能电池相比，其光电转换效 率高，因为供体-受体异质结结构的存在。
4.1.4 噻吩寡聚物
在寡聚噻吩的两端引入强吸电子基团二氰基乙烯基(DCV)后，得到受 体-给体-受体体系DCV5T材料，该材料使寡聚噻吩的能隙下降了 0.7 eV。 基于DCV5T和C60制备的双层异质结器件，其能量转换效率达到3.4 %。
精选编辑ppt
16
2006 年，Sun等人合成了新型X状噻吩寡聚物X-OT。在这类材料的 合成过程中，可以有效地调节噻吩支链的长度，达到优化材料光伏性能 的目的。实验发现，材料中的噻吩环越多，光伏性能越好，这主要是因 为噻吩支链越长，电子的共轭性就越好，材料的光谱吸收范围就越宽； 同时，噻吩支链越长还可以进一步优化材料的成膜性能。目前，基于给 体材料X-OT制备的光伏器件，在100mW/cm2 的模拟太阳光照射下，其 能量转换效率为0.8 %。此外，还有以Si为核心的星状材料，也是光伏 性能较好的电子给体材料。
《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。
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;.
有机太阳能电池的制备及性能研究23页PPT
16
含氮共轭聚合物的结构图
17
D-A 体系
一些D-A 体系材料的结构图
18
六.展望
本文总结了目前有机太阳能电池材料的一些新发展。 总的来说, 价廉、高效、能够大面积制备的太阳能电池 材料一直是人们追求的目标。有机太阳能电池材料具有 容易进行分子水平上的裁减和设计, 生产工艺简单, 可 以制备大面积轻盈薄膜等优点, 如果能在光电转换性能 上取得进一步的突破, 将有可能在生产实践中得到广泛 应用, 其市场前景将十分巨大。从材料的角度讲, 目前 需要做的是从廉价易得原料出发，
有机太阳能电池的制备及性能研究
班 级： 姓 名： 指导老师：
1
目录
1.有机太阳能电池介绍 2.有机太阳能电池的原理 3.有机太阳能电池的分类 4.制备组装太阳能电池的工艺流程 5.有机太阳能电池的材料 6.展 望 7.致 谢
2
一、有机太阳能电池介绍
有机太阳能电池这个概念貌似很新，但其实它的历史 也不短——跟硅基太阳能电池的历史差不多。第一个硅基 太阳能电池是贝尔实验室在1954年制造出来的，它的太阳 光电转化效率约为6％；而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。 在那个器件上，他们观测到了200 mV的开路电压，光电转 化效率低得让人都不好意思提。
6
高于相应的无机半导体激发产生的电子空穴对 的结合能,因此激子不会自动解离。两种具有不同电 子亲和能和电离势的材料相结触, 接触界面处产生 接触电势差, 可以驱动激子解离。
单纯由一种纯有机物夹在两层金属电极之间制 成的肖特基电池效率很低, 后来将p 型半导体材料 (施主Donor)和n 型半导体材料(受主Acceptor)结合, 发现两种材料界面处激子的解离非常有效, 这就是 通常所说的p-n 异质结型太阳能电池。
含氮共轭聚合物的结构图
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D-A 体系
一些D-A 体系材料的结构图
18
六.展望
本文总结了目前有机太阳能电池材料的一些新发展。 总的来说, 价廉、高效、能够大面积制备的太阳能电池 材料一直是人们追求的目标。有机太阳能电池材料具有 容易进行分子水平上的裁减和设计, 生产工艺简单, 可 以制备大面积轻盈薄膜等优点, 如果能在光电转换性能 上取得进一步的突破, 将有可能在生产实践中得到广泛 应用, 其市场前景将十分巨大。从材料的角度讲, 目前 需要做的是从廉价易得原料出发，
有机太阳能电池的制备及性能研究
班 级： 姓 名： 指导老师：
1
目录
1.有机太阳能电池介绍 2.有机太阳能电池的原理 3.有机太阳能电池的分类 4.制备组装太阳能电池的工艺流程 5.有机太阳能电池的材料 6.展 望 7.致 谢
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一、有机太阳能电池介绍
有机太阳能电池这个概念貌似很新，但其实它的历史 也不短——跟硅基太阳能电池的历史差不多。第一个硅基 太阳能电池是贝尔实验室在1954年制造出来的，它的太阳 光电转化效率约为6％；而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。 在那个器件上，他们观测到了200 mV的开路电压，光电转 化效率低得让人都不好意思提。
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高于相应的无机半导体激发产生的电子空穴对 的结合能,因此激子不会自动解离。两种具有不同电 子亲和能和电离势的材料相结触, 接触界面处产生 接触电势差, 可以驱动激子解离。
单纯由一种纯有机物夹在两层金属电极之间制 成的肖特基电池效率很低, 后来将p 型半导体材料 (施主Donor)和n 型半导体材料(受主Acceptor)结合, 发现两种材料界面处激子的解离非常有效, 这就是 通常所说的p-n 异质结型太阳能电池。
太阳能电池研究进展PPT课件
CHENLI
7
美国----提出了逐步提高绿色电力的发展 计划。主要是通过风力发电、光伏发电、 生物质能源发电等来达到目标，其中太阳 光伏发电预计到2020年将占美国届时发电 装机增量的15%左右，累计安装量达到 36GW，保持美国在光伏发电技术开发、制 造水平的世界领先地位。
CHENLI
8
美国百万屋顶计划的内容与目标
CHENLI
24
各种太阳能电池的市场份额
2004年太阳能电池产量 1,194.7MW，增长60.6%， 其中：
mc-Si sc-Si a-Si
产量
669.1 5 343.4 5 64.60
比例 % 56.0
28.7
5.4
增长 % 46.8
71.3
49.2
a-Si/scSi 60.00 5.0 100
CHENLI
20
太 构阳 示能 意电 图池
结
负载中消耗的功率 转换效率（h)＝ 入射在电池表面的阳光的功率
CHENLI
21
太阳能电池材料
主 要 材 料
基对 本材 要料 求的
半导体 单晶硅、多晶硅非晶硅、GaAs有机半导体
表面涂层 金属氧化物、导电聚合物
电极
金属导体
封装
玻璃、有机玻璃
①能充分利用太阳能辐射，即半导体的禁带不能 太宽； ②有较高的光电转换效率； ③材料本身对环境不造成污染； ④材料便于工业化生产，材料的性能稳定且经济
Ribbon 41.00 3.4 502.9
CdTe 13.00 1.1 333.3
CHENLI CIS
3.0
0.3 -25.0 25
太阳能用硅材料的生产工艺
1-1 单晶锭 1-1-1 CZ法 1-1-2 FZ法
有机太阳能电池太阳能电池简介课件
CHAPTER 05
有机太阳能电池的挑战与未来发展 方向
提高光电转换效率
开发高效活性层材
料
通过研究新型有机半导体材料， 提高光吸收和电荷传输性能，从 而提高光电转换效率。
优化活性层结构
通过调控活性层的形貌和厚度， 改善光散射和光捕获，提高光电 转换效率。
界面工程优化
通过优化活性层与电极之间的界 面性质，降低电荷复合损失，提 高光电转换效率。
[ 感谢观看 ]
工作原理
有机太阳能电池通常由光敏层、电子传输层和电极组成。当太阳光照射到光敏 层时，光子能量被吸收并激发电子从价带跃迁到导带，形成光生载流子。电子 和空穴分别被传输层和电极收集，从而形成电流。
历史与发展
01
02
03
1970年代
有机太阳能电池的概念被 提出，但初期效率很低。
1990年代
随着共轭聚合物的发现和 制备技术的进步，聚合物 太阳能电池的研究取得突 破性进展。
降低制造成本
简化制备工艺
01
通过简化有机太阳能电池的制备工艺，降低设备成本和生产时
间，从而降低制造成本。
开发低成本材料
02
研究低成本、可大规模生产的有机半导体材料，降低有机太阳
能电池的成本。
提高电池效率与稳定性
03
通过提高有机太阳能电池的效率和稳定性，降低单位功率成本
，从而降低制造成本。
优化器件稳定性
常见的电子给体材料包括聚合物和低分子量有机物，如聚噻 吩、聚芴、苯乙烯等。这些材料通常通过化学合成或聚合物 共混等方法制备。
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导带上的有机 材料。它们通常具有较低的导带和较高的电负性，以便有效地收集和传输电子。
有机小分子太阳能电池与研究进展 ppt课件
[3]. 任静,孙明亮. 苯并二噻吩基小分子高效有机太阳能电池研究进展[J]. 有机化 学,2016,(10):2284-2300.
[4]. 张超智,顾曙铎,袁阳,徐洪飞,沈丹,李世娟,蒋威. 石墨烯在有机/聚合物太阳能电池中 的应用进展[J]. 高分子通报,2016,(06):31-37.
[5]. Baran D, Ashraf R S, Hanifi D, et al. Reducing the efficiency-stability-cost gap of organic photovoltaics with highly efficient and stable small molecule acceptor ternary solar cells[J]. Nature Materials, 2016.
无机体系
太阳能 电池
无机有机 掺杂体系
有机体系
硅太阳 能电池
化合物 半导体 电池
染料敏 化太阳 能电池
其他
PPT课件
小分子 有机物
高分子 4
小分子有机太阳能电池
有机材料特点：
1）化学可变性大，可通过多种途 径来改变分子结构，从而调整材料 的光电性质和提高载流子的传输能 力； 2）加工容易，可大面积成膜； 3）原料来源广泛，价格便宜，成 本低廉； 4）可制备成柔性薄膜，易加工成 各种形状以适应不同环境的使用
PPT课件
2
目录
一、有机小分子太阳能电池 二、主要研究内容 三、苯并二噻吩基小分子有机太 阳能电池研究进展 四、讨论
PPT课件
3
有机小分子太阳能电池
有机小分子太阳能电池：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。 有机物半导体材料按分子量分 为高聚物和小分子，有机半导体材料为小分子时，称为有机小分子 太阳能电池
第三代太阳能电池研究进展ppt
光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不 同部位之间产生电位差的现象
图1 标准太阳能电池示意图
太阳能电池分类
第一代： 晶体硅电池
第二代： 薄膜电池
第三代： 高级薄膜电池
图2 三代太阳能电池成本与效率区间[1]
太阳能电池能量损失机理
美 国 可再生能源国家实验室 澳大利亚 新南威尔士大学 ①和②几乎达到能量损失的一半 (1) 增加能隙数量 叠层电池、杂质光伏和多能带电池 (2) 高能光子产生多激子 或多个低能光子产生单激子 多激子电池 (3) 在热损失前将载流子俘获 热载流子电池 聚集太阳光，加大光子密度 减少.12
第三代太阳能电池研究进展
学 生：刘 胜
导 师：李 灿 研究员 张文华 研究员
中国科学院
大连化学物理研究所
催化基础国家重点实验室 1
太阳能电池原理
太阳能电池 (Solar Cell)
利用光伏效应将太阳光能量直接转化成电能的装置
光伏效应 (Photovoltaic Effect)
图7 热力学效率限制 (500个太阳)[3]
叠层太阳能电池
Tandem or multicolor cells
图8 三节叠层电池简单示意图[12] 叠层电池 GaInP/GaAs/InGaAs [11], 2007 GaInP/GaInAs/Ge [12], 2007 GaInP/InGaAs/InGaAs [13], 2008 效率 (太阳) 33.8% (1) 38.9% (81) 32.0% (1) 40.7% (240) 33.2% (1) 40.8% (326)
图14 中间能级太阳能电池示意图 [2] (1) 掺杂半导体 (内部)； (2) 量子阱、量子点超晶格 (界面) 63.2%
图1 标准太阳能电池示意图
太阳能电池分类
第一代： 晶体硅电池
第二代： 薄膜电池
第三代： 高级薄膜电池
图2 三代太阳能电池成本与效率区间[1]
太阳能电池能量损失机理
美 国 可再生能源国家实验室 澳大利亚 新南威尔士大学 ①和②几乎达到能量损失的一半 (1) 增加能隙数量 叠层电池、杂质光伏和多能带电池 (2) 高能光子产生多激子 或多个低能光子产生单激子 多激子电池 (3) 在热损失前将载流子俘获 热载流子电池 聚集太阳光，加大光子密度 减少.12
第三代太阳能电池研究进展
学 生：刘 胜
导 师：李 灿 研究员 张文华 研究员
中国科学院
大连化学物理研究所
催化基础国家重点实验室 1
太阳能电池原理
太阳能电池 (Solar Cell)
利用光伏效应将太阳光能量直接转化成电能的装置
光伏效应 (Photovoltaic Effect)
图7 热力学效率限制 (500个太阳)[3]
叠层太阳能电池
Tandem or multicolor cells
图8 三节叠层电池简单示意图[12] 叠层电池 GaInP/GaAs/InGaAs [11], 2007 GaInP/GaInAs/Ge [12], 2007 GaInP/InGaAs/InGaAs [13], 2008 效率 (太阳) 33.8% (1) 38.9% (81) 32.0% (1) 40.7% (240) 33.2% (1) 40.8% (326)
图14 中间能级太阳能电池示意图 [2] (1) 掺杂半导体 (内部)； (2) 量子阱、量子点超晶格 (界面) 63.2%
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7
苯并二噻吩基小分子有机太阳能电池研究进展
聚合物太阳能电池（PSC）聚合物中的给体单元种类繁多, 主要包 括： 1. 噻吩 2. 二噻吩并[2,3-b:4',5'-d]噻咯(DTS) 3.苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩基(BDT) 4. 咔唑 5. 芴等。
与其他给体构筑单元相比, BDT 单元具有大的刚性平面共轭结构, 提高了π电子的离域能力和分子间的π-π 相互作用, 且BDT 单元容 易进行化学修饰, 方便合成, 且BDT光伏材料光电效率很高, 成为目 前有机太阳能电池给体材料研究中的一个“明星分子”单元, 在有 机太阳能电池方面表现出巨大潜力。 鉴于BDT 单元在聚合物太阳能电池上取得巨大进步, 人们开始尝试 把它作为分子核心来构建可溶液加工的有机小分子, 并探讨它们在 有机太阳能电池上的应用。
（1）苯并二噻吩基有机小分子 （2）2,1,3-苯并噻二唑类给-受体有机小分子 （3）氰基类给体-受体有机小分子 （4）基于吡咯并吡咯二酮构建的给体-受体有机小分子 （5）基于份菁、硼络合二吡咯和方酸构建的给体-受体有机小分子 （6）基于其它吸电子基团构建的给体-受体有机小分子
6
主要研究内容
主要问题：
有机小分子太阳能电池
报告人：
1
参考文献
[1]. 李在房,彭强,和平,王艳玲,侯秋飞,李本林,田文晶. 可溶液加工给体-受体有机小分子 太阳能电池材料研究进展[J]. 有机化学,2012,(05):834-851.
[2]. 吴启超,袁小亲,陆振欢,刘勇平,杨建文,海杰峰,张灵志. 太阳能电池有机电子传输材 料研究新进展[J]. 材料导报,2016,(11):44-49+67.
5
有机小分子太阳能电池
与聚合物有机光电器件 (POPV)相比, 小分子有 机光电器件(SM-OPV) 有许多重要优势:
(1)分子结构统一,差异性更少; (2)一般具有更高的开路电压(Voc); (3)空穴迁移率一般高于相应的聚合物材料; (4)可以通过控制分子的化学结构调整能
几种研究较多的小分子：
因此，有机材料被广泛地应用在太 阳能电池领域。有机太阳能电池材 料也就成为了近十几年来的研究热 点。
同聚合物相比较，有机小分子：
1）具有明确的分子结构 2）固定的分子量 3）较高的纯度 4）较好的重复性
这些特点使其在有机太阳能电池中 更加受到人们的青睐。
小分子有机材料可以作为有机电子 传输材料，也可以作为给体-受体 (D-A)材料。 给体-受体(D-A)型有机小分子材料 表现出较宽的吸收光谱、较好的空 气稳定性、易于调节的能级水平和 光电性质, 已经成为有机太阳能电 池研究的新的增长点.
[6]. Zhang Q, Kan B, Liu F, et al. Small-molecule solar cells with efficiency over 9%[J]. Nature Photonics, 2015, 9(1): 35-41.
[7]. "Solution-processed organic tandem solar cells with power conversion efficiencies >12%",Miaomiao Li†, Ke Gao†, Xiangjian Wan*,, Xiaobin Peng*, Yong Cao and Yongsheng Chen* , Nature Photon., 2017, 11, 85–90
8
苯并二噻吩基小分子有机太阳能电池研究进展
目前, 以BDT单元为中心 构筑单元的小分子, 其分 子模型主要包括如下两类:
其中, R1 可以是烷氧、烷硫链, 也可以是共轭的含噻吩、苯酚、硒 酚等的侧链; R2 是封端集团, 如氰基乙酸辛酯、罗丹宁等; Acceptor 是受体单元, 如吡咯并吡咯二酮(DPP)、二噻吩苯并噻 二唑(DTBT)、噻吩并吡咯二酮(TPD)等。
无机体系
太阳能 电池
无机有机 掺杂体系
有机体系
硅太阳 能电池
ห้องสมุดไป่ตู้
化合物 半导体 电池
染料敏 化太阳 能电池
其他
小分子 有机物
高分子 4
小分子有机太阳能电池
有机材料特点：
1）化学可变性大，可通过多种途 径来改变分子结构，从而调整材料 的光电性质和提高载流子的传输能 力； 2）加工容易，可大面积成膜； 3）原料来源广泛，价格便宜，成 本低廉； 4）可制备成柔性薄膜，易加工成 各种形状以适应不同环境的使用
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目录
一、有机小分子太阳能电池 二、主要研究内容 三、苯并二噻吩基小分子有机太 阳能电池研究进展 四、讨论
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有机小分子太阳能电池
有机小分子太阳能电池：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。 有机物半导体材料按分子量分 为高聚物和小分子，有机半导体材料为小分子时，称为有机小分子 太阳能电池
[3]. 任静,孙明亮. 苯并二噻吩基小分子高效有机太阳能电池研究进展[J]. 有机化 学,2016,(10):2284-2300.
[4]. 张超智,顾曙铎,袁阳,徐洪飞,沈丹,李世娟,蒋威. 石墨烯在有机/聚合物太阳能电池中 的应用进展[J]. 高分子通报,2016,(06):31-37.
[5]. Baran D, Ashraf R S, Hanifi D, et al. Reducing the efficiency-stability-cost gap of organic photovoltaics with highly efficient and stable small molecule acceptor ternary solar cells[J]. Nature Materials, 2016.
1）如何在尽量不降低开路电压Voc 和填充因子FF 的前提下, 尽可能 提高短路电流密度Jsc； 2）小分子化学结构与器件物理性能间的相关性如何； 3）光伏器件活性层形貌控制与优化问题； 4）器件稳定性问题； 5）受体材料较贵，是否可以尝试使用相对经济高效的非富勒烯受 体。
目前BDT 基PSC 聚合物分子设计主要集中在BDT的侧链修 饰与受体单元的选择优化。
苯并二噻吩基小分子有机太阳能电池研究进展
聚合物太阳能电池（PSC）聚合物中的给体单元种类繁多, 主要包 括： 1. 噻吩 2. 二噻吩并[2,3-b:4',5'-d]噻咯(DTS) 3.苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩基(BDT) 4. 咔唑 5. 芴等。
与其他给体构筑单元相比, BDT 单元具有大的刚性平面共轭结构, 提高了π电子的离域能力和分子间的π-π 相互作用, 且BDT 单元容 易进行化学修饰, 方便合成, 且BDT光伏材料光电效率很高, 成为目 前有机太阳能电池给体材料研究中的一个“明星分子”单元, 在有 机太阳能电池方面表现出巨大潜力。 鉴于BDT 单元在聚合物太阳能电池上取得巨大进步, 人们开始尝试 把它作为分子核心来构建可溶液加工的有机小分子, 并探讨它们在 有机太阳能电池上的应用。
（1）苯并二噻吩基有机小分子 （2）2,1,3-苯并噻二唑类给-受体有机小分子 （3）氰基类给体-受体有机小分子 （4）基于吡咯并吡咯二酮构建的给体-受体有机小分子 （5）基于份菁、硼络合二吡咯和方酸构建的给体-受体有机小分子 （6）基于其它吸电子基团构建的给体-受体有机小分子
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主要研究内容
主要问题：
有机小分子太阳能电池
报告人：
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参考文献
[1]. 李在房,彭强,和平,王艳玲,侯秋飞,李本林,田文晶. 可溶液加工给体-受体有机小分子 太阳能电池材料研究进展[J]. 有机化学,2012,(05):834-851.
[2]. 吴启超,袁小亲,陆振欢,刘勇平,杨建文,海杰峰,张灵志. 太阳能电池有机电子传输材 料研究新进展[J]. 材料导报,2016,(11):44-49+67.
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有机小分子太阳能电池
与聚合物有机光电器件 (POPV)相比, 小分子有 机光电器件(SM-OPV) 有许多重要优势:
(1)分子结构统一,差异性更少; (2)一般具有更高的开路电压(Voc); (3)空穴迁移率一般高于相应的聚合物材料; (4)可以通过控制分子的化学结构调整能
几种研究较多的小分子：
因此，有机材料被广泛地应用在太 阳能电池领域。有机太阳能电池材 料也就成为了近十几年来的研究热 点。
同聚合物相比较，有机小分子：
1）具有明确的分子结构 2）固定的分子量 3）较高的纯度 4）较好的重复性
这些特点使其在有机太阳能电池中 更加受到人们的青睐。
小分子有机材料可以作为有机电子 传输材料，也可以作为给体-受体 (D-A)材料。 给体-受体(D-A)型有机小分子材料 表现出较宽的吸收光谱、较好的空 气稳定性、易于调节的能级水平和 光电性质, 已经成为有机太阳能电 池研究的新的增长点.
[6]. Zhang Q, Kan B, Liu F, et al. Small-molecule solar cells with efficiency over 9%[J]. Nature Photonics, 2015, 9(1): 35-41.
[7]. "Solution-processed organic tandem solar cells with power conversion efficiencies >12%",Miaomiao Li†, Ke Gao†, Xiangjian Wan*,, Xiaobin Peng*, Yong Cao and Yongsheng Chen* , Nature Photon., 2017, 11, 85–90
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苯并二噻吩基小分子有机太阳能电池研究进展
目前, 以BDT单元为中心 构筑单元的小分子, 其分 子模型主要包括如下两类:
其中, R1 可以是烷氧、烷硫链, 也可以是共轭的含噻吩、苯酚、硒 酚等的侧链; R2 是封端集团, 如氰基乙酸辛酯、罗丹宁等; Acceptor 是受体单元, 如吡咯并吡咯二酮(DPP)、二噻吩苯并噻 二唑(DTBT)、噻吩并吡咯二酮(TPD)等。
无机体系
太阳能 电池
无机有机 掺杂体系
有机体系
硅太阳 能电池
ห้องสมุดไป่ตู้
化合物 半导体 电池
染料敏 化太阳 能电池
其他
小分子 有机物
高分子 4
小分子有机太阳能电池
有机材料特点：
1）化学可变性大，可通过多种途 径来改变分子结构，从而调整材料 的光电性质和提高载流子的传输能 力； 2）加工容易，可大面积成膜； 3）原料来源广泛，价格便宜，成 本低廉； 4）可制备成柔性薄膜，易加工成 各种形状以适应不同环境的使用
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目录
一、有机小分子太阳能电池 二、主要研究内容 三、苯并二噻吩基小分子有机太 阳能电池研究进展 四、讨论
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有机小分子太阳能电池
有机小分子太阳能电池：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。 有机物半导体材料按分子量分 为高聚物和小分子，有机半导体材料为小分子时，称为有机小分子 太阳能电池
[3]. 任静,孙明亮. 苯并二噻吩基小分子高效有机太阳能电池研究进展[J]. 有机化 学,2016,(10):2284-2300.
[4]. 张超智,顾曙铎,袁阳,徐洪飞,沈丹,李世娟,蒋威. 石墨烯在有机/聚合物太阳能电池中 的应用进展[J]. 高分子通报,2016,(06):31-37.
[5]. Baran D, Ashraf R S, Hanifi D, et al. Reducing the efficiency-stability-cost gap of organic photovoltaics with highly efficient and stable small molecule acceptor ternary solar cells[J]. Nature Materials, 2016.
1）如何在尽量不降低开路电压Voc 和填充因子FF 的前提下, 尽可能 提高短路电流密度Jsc； 2）小分子化学结构与器件物理性能间的相关性如何； 3）光伏器件活性层形貌控制与优化问题； 4）器件稳定性问题； 5）受体材料较贵，是否可以尝试使用相对经济高效的非富勒烯受 体。
目前BDT 基PSC 聚合物分子设计主要集中在BDT的侧链修 饰与受体单元的选择优化。