有机光伏电池OPV发展报告ppt课件

•效率低 • 寿命短
• 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
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发展前景
有机聚合物太阳能电池的应用前景可表现在：
• 可穿戴光伏设备（突出的柔性特点，环保特性）， • 楼宇的玻璃幕墙（需要一定量光透过，又能利用剩余太阳
能资源），
• 条件比较极端的应用场景（高温，弱光等）， • 便携式小型太阳能设备（材料轻薄） • 仿生学应用（例如自然界中光合作用第一步光反应的能量
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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。
• 价格低、易成型，通过化学修
饰调控性能。
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OPV实现原理
有机太阳电池光电转换过程： 1)入射光在有机聚合物中的吸收； 2) 产生激子； 3) 激子向给体/受体界面的扩散； 4) 激子在给体/受体界面上的电荷分离，产生给体HOMO能级 上的空穴和受体LUMO上的电子；
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OPV发展历程
此后二十多年间，有机太阳能电池领域内创新不多， 所有报道的器件之结构都类似于1958年版，只不过是在两 个功函数不同的电极之间换用各种有机半导体材料。1986 年，行业内出现了一个里程碑式的突破。实现这个突破的 是位华人，柯达公司的邓青云博士。这个时代的有机太阳 能电池所采用的有机材料，主要还是具有高可见光吸收效 率的有机染料。（1%）！！！
太阳能发电： 太阳能广泛存在（全球都有日照）； 太阳能丰富充足（1小时地表太阳能等于世界1年使用能量）； 太阳能持续稳定（太阳至少持续发光十亿年）
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中国年太阳总辐射量分布
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全球能源组成结构：
太阳能光伏发电未来将保持高速
增长，一百年内取代传统化石燃
料成为主要能源！太阳能发电是
Fra Baidu bibliotek
一个朝阳产业！
关键：光伏发电成本
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有机太阳能电池原理
真。 空
电荷产生，传输和收集
激子在给体受体界面分离 LUMO
hυ LUMO 上电极
自由电子和空穴传输并被两极收集
下电极
吸收光子产生激子 (电子空穴对)
HOMO
给体
HOMO
受体
有机电池吸收光以后首先激发的是激子，激子由电子和空穴成对组成，呈中
性，对电池收集电流并没有贡献。最关键的是产生的激子向给体/受体界面扩散，
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The End
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在界面势场的作用下发生电子和空穴的分离，一旦分离以后产生的载流子才对电
池有贡献！
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能量转换效率(PCE)：
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
（Plight）的百分比。
PCE max (IV )max FF JscVoc
S * Pin
Pin
太阳能电池
R
R (0, ∞)
有机光伏太阳能电池 organic photovoltaic solar cell
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目录
• 太阳能电池研究概述 • OPV发展历程 • OPV实现原理 • 前景展望 • 行业资讯
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太阳能电池研究概述
太阳能电池研究概述
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太阳能电池研究概述
欧美发达工业型国家
发展中国家 中国
国 家 发 达 指 数
非洲落后 农业型国家
能源是国家发展的动力：
随着人口增长，人们生活水平提 高，能源需求激增，发展清洁可 再生新能源成为当务之急！
年人均用电量（度）
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水利发电
风能发电 太阳能热水器
核能发电
太阳能发电
各种可再生能源对比:
水利与风能：受地形和气候限制 太阳能热水：热能不如电能方便 核能：核废料的处理，日本核危机引发核安全担忧
转换效率高达42%，可以人工合成这种酶，用以大幅度提 高光伏器件效率）
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行业资讯
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行业资讯
• 有机光伏薄膜领域的行业领先企业Heliatek Gmbh，
该公司有机光伏电池的电池效率达到了创纪录的 12.0%。这种有机光伏电池在1.1 平方厘米的标准面积 上达到12.0%的高效率，它同时采用了两种获专利的 吸收材料，可转换不同波长的日光。由于OPV在高温 和弱光条件下的独特表现，其12%的破纪录效率与传 统光伏技术（如晶体硅和薄膜光伏电池）达到的14% 到 15% 的效率相当。在温度逐渐升高和太阳能辐射 逐渐减弱的情况下，这些传统技术的电池效率将明显 下降，相比而言，有机电池在同等条件下却能提高效 率，从而可在现实环境中实现高得多的能源收集率。
25%
1% 6%
<<1%
地热 其它 太阳热
60%
光伏
风力
生物质 水电 核能 天然气 煤 石油
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光伏太阳能电池年产量高速增长：
其它 美国 台湾地区 中国大陆
欧洲 日本
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OPV发展历程
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。
J (mA/cm2)
0
-2
-4
(JV)max
-6
JscVoc
-8
-10
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8 14
有机太阳能电池制作方法
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
丝网印刷
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有机太阳能电池优缺点
优点
• 成本低
缺点
• 质量轻 • 材料来源广泛 • 制备工艺简单