有机太阳能电池

有机太阳能电池

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。

有机太阳能电池工作原理•当太阳光照射到光伏

电池上时，电池吸收

光能，产生电子-空穴

对。在内建电场的作

用下，光生电子和空

穴被分离，电池两端

出现异号电荷的积累，

产生“光生电压”

太阳能电池结构

•1.单层太阳能电池

•2.双层太阳能电池

•3.体掺杂型太阳能电池

•4.P-I-N型太阳电池

•5.叠层太阳能电池

半透明金属电极层（或ITO ）

有机层

金属电极层

光

照单层太阳电池结构图

Glass

单层太阳电池原理图

Ф:workfunction,χ:electron affinity,

IP:ionisation potential,Eg:optical bandgap.

1.单层太阳能电池（肖特基型）

阴极

A

D Glass 阳极

双层太阳电池结构图

D ：给体

A ：受体双层太阳电池原理图2.双层太阳能电池

此种结构在1986年，由柯达公司的C.W.Tang 首先提出(ITO/CuPc/PV/Ag)，其电池转换效率约为1%。

阴极

D ＋A Glass

阳极

光照体掺杂太阳电池结构图

体掺杂太阳电池原理图

3.体掺杂型太阳能电池

阴极

N

P

Glass 阳极

I 光照

P-I-N 型太阳电池结构图

P 层：空穴传输层（HTL ）

I 层：电子传输层（ETL ）4.加入电子和空穴传输层

阴极

Active layer Active layer

中

间

层阳极

叠层太阳电池结构图

5.叠层太阳能电池

叠层太阳电池的一大特点是高电压小电流，

即其总的开路电压近似等于各个单层电池的开

路电压之和，而短路电流则等于各个电池中短

路电流最小值，所以在叠层太阳能电池设计时

顶层和底层电池的电流匹配是关键因素。

有机太阳能电池给体、受体材料

CuPc Copper Phthalocyanine 酞菁铜

ZnPc Zinc Phthalocyanine 酞菁锌

Pentacene并五苯

DCV5T α,α’-bis-(2,2-dicyanovinyl)-quinquethiophene α,α’-二氰基-五噻吩

P3HT Poly 3-hexylthiophene 聚3-乙基噻吩

PTCDA3,4,9,10-perylenetertracarboxylic dianhydride 3,4,9,10-四羟基二萘嵌苯-二酐

PPV Ploy p-phenylenevinylene 聚p-亚苯基乙烯撑

PEDOT:PSS Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate) 聚苯乙烯磺酸/聚3,4-乙撑二氧噻吩(水溶性)

TPD N,N′-bis(3-methylphenyl)-N,N′-diphenylbenzidine 聚苯乙烯(PS)三苯基二胺

Alq3 Tri( 8-Quinoli-Nolato) Aluminum 8-羟基喹啉铝

C60Bulkfullerene 富勒烯碳60

PTCBI 3, 4,9,10-perylenetetracarboxylic-bis-benzimidazole3 ,4,9,10-四羟基二萘嵌苯-二苯并咪唑

PV Perylene tetracarboxylic derivative 四羟基二萘嵌苯衍生物

1,4-DAAQ 1,4-diaminoanthraquinone 1,4-二氨基蒽醌

NPTC Perylene diamine 二胺-二萘嵌苯

PCBM Polymer/[6,6]-phenyl-C61 butyric acid methylester 聚[6,6]苯基-碳61-丁酸甲酯

目前用的最多的还是P3HT和PCBM这两个构成的电池效率最高

有机太阳能电池效率影响因素

材料的吸收

和带宽

激活层的表面形貌

电极的功函

数

材料中载流

子的迁移率

有机太阳能电池优缺点

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

•材料的光及电特性可调整

缺点•效率低•寿命短

提高有机太阳能电池能量转化率的该进方案

•①优化表面结构，将电池表面反射的光重新聚集进入电池；

②使用反射镀膜复活光子和制造多结多禁带结构电池捕获宽波长的光

子从而获得合理的光子吸收率；

③使用低电阻率和小覆盖面的金属作为前点击已获得最大填充因子和

较大光电流；

④制造由纳米级材料组成的光电池。纳米材料是由超细微粒组成的，

其边界区的体积大约是材料总体积的50%，这样的结构可能会带来神奇性能。