新型太阳能电池的研究进展毕业论文.doc

青岛大学本科生毕业论文(设计)青岛大学本科毕业论文(设计)任务书论文(设计)题 目新型太阳能电池的研究进展学 院物理科学学院专 业应用物理学生姓名陈原学 号201241803004选题来源教师科研课题( )；生产、工程或社会实践课题( )学生自拟课题( )；师生共同拟定课题( )大学生创新创业训练项目( )； 学科竞赛 ( )研究目标或设计构想： 通过查阅大量的文献，搜集与新型太阳能电池的研究资料，并了解国内外最新研究进展。针对本课题的研究现状，找准切入点，在已有的基础上提出自己的新想法。研究内容或设计方案：通过对于新型太阳能电池的文献资料的阅读和整理，分析和总结当今世界上一些具有代表性的新型太阳能电池，对于其各自的特点进行分析。并且，其在那些方面可以进行提升等进行总结。并对于未来太阳能电池的研究进展做进一步的设想。研究方法或技术路线：查阅国内外的最新文献，并且分析近几年最具有代表性的新型太阳能电池的各自的特点。并且对于其可以改进的地方进行设想。对于其发展前景和对于未来的太阳能电池能够进入人们的生活之中而所需的突破进行进一步的分析。进度安排：2014.3.1-2014.3.12 具体确定选题，查阅文献，收集、整理相关资料；2014.3.13-2014.3.25 分析文献，进入论文初步研究阶段；2014.3.26-2014.4.5 研究总结，撰写开题报告；2014.4.6-2014.5.20 进一步研究总结，撰写初稿；2014.5.21-2014.5.30 根据论文指导老师的意见进行修改和完善； 2014.5.31-2014.6.5 再次修改，定稿，答辩，并按规定格式打印装订 并装袋。论文起止时间： 2016 年 3 月 1 日 2016 年 6 月 5 日学生(签名)：指导教师(签名)： 年 月 日教研室意见：教研室主任(签名)： 年 月 日注：本表格由学生填写，指导教师审核同意后，由教研室审批留存。新型太阳能电池的研究进展The research progress of new type of solar cell郑 重 声 明本人呈交的学位论文(设计)，是在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文(设计)的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文(设计)所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文(设计)的知识产权归属于青岛大学。本人签名： 日期： 摘要简单的阐述了太阳能电池发展的背景;目前国内的太阳能电池的发展现状；以及未来全球太阳能电池的发展前景。简略的对太阳能电池的种类进行分类(传统硅基太阳能电池、染料敏化太阳能电池、钙钛矿太阳能电池以及聚合物太阳能电池)，并且对于各个种类的太阳能的内部的工作原理，相应的材料，以及该种类电池在未来面临的挑战，可供提高的切入口进行了简单的综述。为提高太阳能电池的性能方面进行了较为全面的阐述。小到材料的分子原子，大到全球应用前景。围巾可能的全面的对于目前来说具有带变形的太阳能电池进行综述。关键词 传统硅基太阳能电池 染料敏化太阳能电池 钙钛矿太阳能电池 聚合物太阳能电池AbstractThis paper expounds the background of the solar cell development is simple, the present situation of domestic solar cells, and future prospects of the development of the global solar cell. Brief classifying the types of solar cells (traditional silicon-based solar cells, dye sensitized solar cell, perovskite solar cell memory polymer solar cells), and for the internal working principle of various kinds of solar energy, the corresponding materials, as well as the types of the battery in the future challenges, to improve the introduction has carried on the simple review. In order to improve the performance of solar cells aspects are comprehensively described. Small to material molecules and atoms, great application prospect in the world. Scarf possible comprehensive for the deformation of a solar cells were reviewed. Key World: Traditional silicon based solar cells; Dye sensitized solar cell; Perovskite solar cell; Polymer solar cells目录引言1第一章 太阳能电池(solar cell)的背景及发展前景21.1 Solar cell的应用现状21.2 solar cell的发展前景3第二章 Solar cell的种类及各自的特点42.1 solar cell的种类42.2 敏化染料solar cell42.3 钙钛矿solar cell82.4 聚合物solar cell11致谢15参考文献：16附录18引言目前，能源问题越来越成为人们关注的热点问题。随着科技的不断发展和完善，地球上的能源也在不断的枯竭。而太阳能电池(solar cell)是解决能源问题的重要一环。并且，有利于经济的可持续发展。solar cell可以应用到生活中的方方面面。当前市场上，硅半导体电池尚未能够与原本的石油等燃料给人们带来的好处相媲美。在这个全球大环境下，科学家们把更多的目光投入到高效价廉的新型太阳能电池之中。其中最为突出的非钙钛矿类型的新型solar cell不能莫属，而且在之前的三年提升最为突出，而且Science称之为“2013年的十大科学突破“之一。这是科学前辈们不断努力的成果。更从侧面反映出了当今社会大环境之下人们内心对于新能源的渴望和舆论对于新可替代能源可再生能源的渴望。在solar cell的发展历程上来说主要可以分为三个时期：从最开始的硅晶体作为solar cell的主要材料以及低转化率发展到后来的非晶薄膜和多层晶体薄膜为基本材料的solar cell，伴随这较高的转化率，并且也具有了一定的水平。最后是目前的新概念solar cell 更加有效的利用光能资源进行日常的生活，如：燃料敏华solar cell 钙钛矿solar cell等。在The new pattern solar cells 科学探索中包含了physics和chemistry等领域。被看成是非常有前景的交叉学科。我国虽然在这个部分的起点较后。但是在我国的重视之下，在各个科研机关的共同奋斗和不懈创新之下，我国的在solar cell的相关领域已经有了不少的突破。近几年来，我国对于钙钛矿solar cell方面不少相关部门一直做的非常优秀。在世界上有目共睹。不仅如此，我国发表的关于solar cell的论文数目早已在全球领先。成为了solar cell相关论文量的领头羊。像这样快速的发展在世界上是很少见的，但是这个奇迹出现在了中国。以小见大，在未来，我们一定会让世界领略我们东方人的风采。在当今钙钛矿solar cell 风靡全球，为了总结之前的科研经验以及分析当今solar cell的科学地位，同时让国家与国家之间互通科学友谊的目的编写了此solar cells。其中有机solar cell 和染料敏化solar cell等也做了详尽的分析。在阅读本文的过程当中希望读者们能够对于新型的solar cell 有一个初步的了解能够区分，而且对于我国在世界能源节约方面做出的不懈努力的奋斗寄语认可。当然，如果读者对于我们有什么意见或者建议，还希望能够不吝赐教。第一章 太阳能电池(solar cell)的背景及发展前景1.1 Solar cell的应用现状由相关统计公布表明，当今世界中一百五十三个国家对于新型的solar cell持开放和热情的态度。由相关资料表明，在一九九九年全球的太阳能生产总量已打两千七百六十余兆瓦。有关部门设想：全世界将在二零二零年和二零三零年太阳能的总生产量会是六万一千兆瓦和叁拾壹万六千兆瓦。全世界的solar cell发展速度非常之快，具有十分宽广的发展前景和成长空间。图1-1 太阳能电池板外观示意图1在十九世纪后期，人们对于太阳能作为能源已经具有了一些构想。直至二十世纪，全世界的发达国把solar cell的研究搬上历史舞台，由美利坚合众国的“国家光伏计划”成为了世界上第一个对于太阳能能源重视的第一个国家，而位于亚洲的战斗民族日本也发表了“阳光计划”二者一起是世界上第一批重视太阳能源的人。而且也在该市场上占有十分高的战略地位。自此全球才开始了对于solar cell的追寻。我国对于solar cell的开发也十分的关切早在1974年左右，我国将solar cell技术的研发摆在了至关重要的位置。从此之后我国一直紧跟世界的步伐，国家前后投入超过百亿资金，广泛的宣传solar cell 的相关技术。21世纪初，为了解决我国的西部地区的用电困难，开启了一个对于我国有非常大的帮助和对于西部至关重要的一个计划西部省区无电乡通电计划。截止于目前为止，我国对solar cell的发展和实际中的应用都走在世界的前列，在我国相关的发展成倍增加，具有非常广阔的前景和非常巨大的发挥空间。根据相关机关的设想：我们国家到达二零二零年solar cell等光电转化的相关需求将会超过两百兆瓦。1.2 solar cell的发展前景图1-2 太阳能电池光电转化率近几年的发展情况1 截止于现在，solar cell的用途范围宽阔，上至国家安全、军事等，下至人民的日常生活，家用电器和交通等。在西部尤是如此，他们的日常生活用电之中，solar cell相关的所占比例非常之高。甚至于贯彻到他们的生活内外。同事，solar cell代表了一中新型的清洁、低消耗、零污染的能源，在未来无论是我国还是世界上任何一个国家都会有非常高的地位，以及非常宽广的前景。 当今我国的solar cell多以单晶硅为代表，具有很高比例的额度，然而，单晶硅的成本比较高，损耗也是比较大。并且，生产单晶硅的损耗很高，不符合我们的可持续发展战略。单晶硅的生产也会损害我们的家园，污染我们赖以生存的地球。所以有不少的人以为现在的solar还不具有在市场上独当一面的资格，甚至有人全面否定了它现在的价值，而眼前的这种态势希望会在未来的几年之中发生改变。第二章 Solar cell的种类及各自的特点2.1 solar cell的种类 随着全球的方方面面的不断发展，人类对于物质的渴望也是水涨船高。人们迫于压力，对于新能源的追寻也从未停止。太阳能作为一种清洁，低廉等有点成为原有能源的替代能源的不二“人”选。国内1外的科研人员对于新型solar cell的研究和追寻，一直报以最为热切的态度。半导体作为solar cell的基本素材其原因是，太阳光在照射到solar cell的硅器件时会通过光电效应引发电流。当今全球对于新型的solar cell统一根据制作solar cell的材料区分。其中，主要包含：硅类solar cell，其中很大成分上是单晶硅，多晶硅。聚合物种类solar cell，其中聚合物种类较多，光电转换的效果各异。纳米化学solar cell，在全球范围内这是最为有前景的方向之一。薄膜solar，可以应用与生活中的很多方面，具有神奇的效果。染料敏化solar也是当今科学界的热点话题。最新也相继发布了一些新颖的solar cell种类，例如：共轭聚合物solar cell和液态solar cell等。2.2 敏化染料solar cell敏化染料solar cell由二氧化钛微粒与敏化剂以及其他成分组成。其光电转化原理参考于植物的光合作用，价格低廉，制作流程简单，即便没有高价格的设备做基础也能够完成制作。与此同时，在较低的照度环境下也能够很好完成发光进程。并且其未来的发展空间巨大，研究价值巨大。(一) 敏化染料solar cell的基本工作原理 (1)基本结构 敏化染料solar cell重要的组成部分包括：薄膜层、电解质层、染料敏化剂、特定的电极、导电材料等。在该电池进行工作时，染料分子将光源照射的能量进行反应而形成带点的粒子，而该种类的粒子的在solar cell中的转移进程主要是：光源照射的光线到达到电池上接收光源的器件上由敏化分子接收光线的能量而转化为激发态的带点的粒子该粒子转移到可以导电的导带之内，该导电的粒子经过倒带传递通道到达外电路之内处于带点的粒子经过一系列的转移之后到达电解质之中释放能量。这一系列发生进程即为将光能转化为电能的主要进程。 (2)关键的参数指数 染料敏化solar cell能否成功的投入市场成为真正的方便人们生活的用品，关键在于它的光能到达电能的损失能量的多少，所以光能转化为电能应该尽量的减小损失，这也是全球的solar cell科研工作中亟须解决的问题。由此，很多相应的研究部门都把注意力放在了减少能量2的损失这部分上而其最重要的因素是相应的solar cell的电源电压，电源电流等相关。 (2-1)2在这段关系当中J是由光源光线照射到感光器件经过solar cell所产生的单位时间单位横截面内电流。这个数值是由solar cell中敏化染料分子对于光源光线的特性所决定的。V即为该特定条件下电源所产生的电压，其主要由光源的光线特性电池的性能的多个方面构成，原因较为复杂，总体上由一个公式可以阐明 (2-2)2其中Ecb是能级和电解质中发生的氧化还原势两者之差，e是单位电荷上所戴有的能量，Kb是Boltzmann constant，T是开氏温标，N表示的是相对应的密度值，E是氧化还原势。(二) solar cell敏化分子的设计思路(D-A型)(1) 基础敏化剂的类型及特点 开始时期所制备的solar cell以钌为主要元素的材料作为染料剂。然而，钌元素的提取比较困难，地球上较为稀少等原因，最终使得该种材料难以实现工业化大批量生产。而经过了数年研究人员的不断实验最终发现了一种一颗替代原有的染料敏化剂的材料， 图2-1 材料为D-A结构3在这种新型的设计思路之中，光能转化为电能进程中感光器件具有非常高的感光能力并且还能把转化的带电粒子紧紧的吸附在表面上。桥紧紧的将电子传递的前后两部分联系在一起而且电子在其中穿行非常的顺畅不仅能够实现对于减少电子传递过程中的能耗损失而且内部的能量转换也能够实现循环利用。该solar cell中的转化效率的提升主要在于，光能在转化成为电能的过程之中效率的大小和导带之中带电粒子的传递过程之中的速度的快慢。以及器件本身对于光电转换进程中长时间正常工作的持续能力的强弱、(2) D-A-A结构型敏化剂在染料敏化剂之中染料剂相比之前的D-A型，天津大学最近提出的新型的D-A-A型具有能够和增强输入端的供电性能，而且降低该结构的能量能级的差值，加大了对于可吸收光线的光谱区间。提高P的数值。图2-2 三种敏化剂的结构示意图4 苯胺，N,N-二芴基苯胺accepter三苯胺对于来的供电性得到了强，但是却从某种意义上限制了Pce的加强。但是新型的苯胺。在黄维扬的研究志宏把噻二唑并吡啶附加叠加在受体之上，形成新型的D-A-A型敏化剂。实验表明，该染料剂提高了长波光谱的转化。并且，在三种不同类型的受体之中(如图2.2)，敏化剂的能级由上到下逐次递减，其中2(N,N-二芴基苯胺accepter)电性能最强 将吲哚啉加入到供体当中薛松团队在15的供体和连接桥纸中增添一个额外的受体，组成了代替吲哚啉原有供体的敏化剂。原有的吲哚啉见光易分解，不便于保存存在时间很短，而新型的受体从新提升了内部结构的稳定性，在原有的基础上更加稳定了，苏建华团队在原有的基础出发，合成了新型的敏化剂。新型的敏化染料的平面型相对较弱。但是却能加快电子的转移速度最终使得J达到了十四点二八毫安每平方厘米和十三点六二毫安每平方厘米，加强了电子在转移过程之中的稳定性。并且加强了电压，是指到达了百分之八点二四和百分之七点八三的P值。(3) 各种敏化剂之间的区别特点 传统的敏化剂以钌元素做基础组成部分，但是也与之后的一系列染料敏化剂相比较为古老；制作流程困难。而且其价格昂贵不适合工业化的生产。 D-A型的敏化剂相对之前以钌元素为基础的敏化剂其成本价格较为便宜制作流程也相对之前的传统方式简便，但是其转化效率太差以至于不能够满足人们需要。D-A-A型的敏化剂加大了吸收的光谱的区间3，使得相对于D-A型的敏化剂的提供电子的能力增强。(二) 染料敏华solar cell的电极材料(1) 电极(counter electrode，EC)优化的重要性 EC是染料敏化solar cell的关键的部位，对于染料敏化solar cell的好坏具有至关重要的作用。尤其是新型的合金类的电极更是对于solar cell的光能电能转换的能力增强了很多。然后合金材料作为电极还具有很广阔的空间以及非常宽广的前景。(2) Pt做EC 由于电子在Pt上转移更加灵活，而且其作为电极其上的容易进行氧化还原反应因此是做电极的不二人选，最开始的时候使用的传统方法制成的Pt表面的粒子不平均，分布的很凌乱而不适合电解质在其中进行反应4。而由此，科研人员将注意力转移到对于pt制备时候表面的外形的平整程度来改善其反应速率从而提高solar cell的效率。林团队把电极制作成网状从而提高电池的效率。吴团队应用模版法获得的P值达到了百分之九点零五，对比于同等情况下的热氧化还原法所产生的Pt提高了百分之二十五点五，提高了带电粒子的转换能力。 即使加强了Pt的制作效率，但是却无法掩盖它的其他致命缺陷：制作材料较少；制作的价格昂贵；材料本身对于人体有害；Pt与所在的环境下的电解液发生一定的化学变化使之成为PtI4，其存在的过程中不容易保存而发生变化。失去原有的性质；并且在制作Pt材料的时候对于资源的消耗较高，不够经济合理。迄今为止，研究探索较小成本的Pt电极和其他材料代替品的发掘是目前的研究重点。(3) 低Pt含量合金对EC 该合金包涵以下优点：电解质粒子相接触到EC之后会使EC改性，从而让EC具有更加强大的催化活性；电极之中的粒子会持续其原有的性质，不会改变，电解质之中的粒子与EC的粒子反应，形成电子配体效应，从而提高EC的活性。(4) 无Pt含量的EC Co，Ni和Fe的最外层电子布局与Pt的最外层电子布局非常的相像，该粒子最外层的电子布局让他们得到其他原子的电子变成中间体的过程非常的简单。经过这三位元素为原料的合金获得了非常好的效果5。科研人员相应的合成了CoNi0.25和FeCo2合金，前者在电解质之中粒子存在于电解液之中不易发生其他的反应，效果较为理想，而后者则布局空间较为紧密。(三) 对于染料敏化solar cell的未来预测 全球对于敏化solar cell的科学探索已经超过二十年了，而EC则在solar cell中举足轻重。对于新型的无论是对于敏化剂的研究发现还是对于新型的EC材料的探索，都是对于solar cell的光电转化效率的提高而做出努力（1） 对于敏化剂来说随着D-A型敏化剂的持续的研究创新，科学家提出，让几个具有类似效果的基团增加到一个官能团上可以增强其官能团的水平，这可以是未来我们努力发展的一个新的思路。（2） 而在EC的科学探索之中，我们还位于初级水平，日后仍然具有很广阔的空间。例如：在生产制作EC的时候通常都是溶液法，我们亟须其他更加经济，简便的方式；也可以由电解质入手，研究发现更加能够促进整个进程和稳定的电解质。（3） 从solar cell的外形进行入手，提高光敏器件对于光线的吸收，并且提高光能转化为电能的转化率，这也为我们未来对于新型的solar cell的制作研发打开了一扇窗户。2.3 钙钛矿solar cell(一) 钙钛矿solar cell的工作原理 钙钛矿solar cell是内含有F元素的二氧化锡的导电层、电子传输层、钙钛矿吸收层、以及EC等、其工作原理如图所示：图2-3 钙钛矿电池的工作原理示意图10 光器件接触到光线时，会生成一个空穴和一个呈电荷的电子。带电的电子在导带中移动，到达二氧化钛的边沿处，经由二氧化钛导带移动到F T O的EC端。然后到达用电设备R最后到达Au的EC端，空穴自CH3NH3PhI3到达Spiro- O Me TAD到达Au的EC端。(二) 钙钛矿solar cell的优势由特殊的晶体结构组成，该结构本身拥有很好的电荷迁移率。并且在光线的分散特性也具有相当强大的优势。在器件由光能转化为电能的进程中，损耗的能量更少。在钙钛矿solar cell之中，光接收器件具对于光线更加的敏感。并且，在带电粒子在电池之中传递过程中，具有更低的消耗。所以钙钛矿solar cell能够更好的实现人们对于光能的合理利用6，光电转效率更高。并且在之前的几年之中，钙钛矿solar更是在科研人员的不断努力创新之下取得了更加优秀的成绩。转化率已经从在以前的百分之三点八到达了百分之十九点三。是原来的燃料solar cell所无法比拟的。二零一三年，科研人员的发现震惊了世界。最近的一批的钙钛矿solar cell的转化率已经实现了之前的几倍，甚至超过百分之五十。钙钛矿solar cell 拥有与众不同的分子构造，并且具有非常不一样的特性，其出色的导电能力是其他电池结构望尘莫及的。图2-4 传到材料的内部结构12此种结构在外界的影响下能够保持原有的结构，不易收到外界的影响，并且其特定的结构能够让他在外形与理论有些许差别的情况下能够维持原有的结构不变，不扩散。强大的稳定性是其他的solar cell所无法比拟的。除了本身所具有的高效率地、高质量地、稳定地完成光电转化过程外，感光器件对于光线的吸收效率比敏化solar cell大于十倍7，并且不易发生改变，能够长时间的持续原有的性质。除此之外，电源的电压是敏化solar cell的数倍，材料本身对于光能吸收效果是传统solar cell的数倍。总体的效率相较于传统的solar cell具有极强的优势，并且可以称之为是solar cell在未来的新希望。(三) 钙钛矿solar cell的研究进程于一九九九年，钙钛矿材料的首次发现其对于光线的高感光性能，远超于同一时期其他的感光器件的性能，并且其外形简单，轻薄，一下子成为了科研人员关注的焦点。二零一一年对该材料的表面进行了优化升级，但是仍然无法解决在正常情况下容易与气体发生反映，而变得不稳定失去原有性能。于一九九八年格拉团队应用新型的电解液之后，其性能得到了突破性的增强。而后格拉团队对钙钛矿卤化物进行了细致的研究之后发现钙钛矿solar cell材料的内部远离。史麦斯团队在其基础上用蒸压的方法制作了内部为平面的钙钛矿solar cell，其光电转化率超过了百分之十五。自二零一二年起，由史麦斯团队提出的新型钙钛矿电池使之成为全球科学界的热点话题。格拉团队发现即使在长时间高强度的工作过后-仍然可以保持高效率的工作，这种solar cell的强大能力让他成为solar cell舞台上的后起之秀。即使这种高效益的solar cell可以投入到大批量生产，却仍然面临着一个致命的问题：四百五十度以上的温度需求8，让他对于生产过程中的能源消耗间接的提升了成本。所以，如何让钙钛矿solar cell在低温下也能够正常的制作是一大革命性问题。最终，史麦斯经过对于器件表面的加工而使钙钛矿solar cell在一百五十摄氏度的情况下也能够得到百分之十五点九的转化率。目前对于国内来说，对于钙钛矿solar cell的研究还处于初级阶段，经过史麦斯和格林团队的报告之后，目前为止已有十多篇论文。经过了国内诸多大学以及研究所的不断研究光电转换率已经高达百分之十点五，国内的研究方法经过不断的更新已经有了一定的成绩。(四) 钙钛矿solar cell 未来发展的方向提高solar cell的光电转化率是首当其中要解决的问题。迄今为止，受到官方证明的转化率最优秀的超过了百分之二十。到现在为止，solar cell加强转化率的障碍是光线接受之后能够被有效吸收的较少，主要原因在于反射所损耗的入射光较多。提高转化率的关键在于依靠内部的基团来加强对光线的有效利用，或者制作多种能隙也是未来的主要课题之一。（1） 关于界面的调整钙钛矿solar cell的转化率由入射光线的有效利用能力和是内部带电粒子的转移快慢有关，而对于内部界面的调整就需要提高内部带电粒子的转移的快慢9。经过了科研人员不断的研究探索，沈团队提出了对于内部提高转移速率的全新观念，他们通过对于转移材料本身对于电子的吸收的快慢来推测，降低材料本身的对于外界的刺激的敏感程度，来减慢粒子的复合的进程，以来加快材料内部的带电粒子的转移速率。表面钝化的处理主要有热处理法和路易斯碱处理法10。（2） 创新钙钛矿电池的制作方法创痛的制作钙钛矿电池的方法具体有：旋转涂覆法，气相法等，不断的提高制作的方法的目的是减少其内部材料的缺陷，以尽可能的提高内部带点粒子转移的速率，从而加强solar cell的转化率。迄今而至，较为受到普遍认可的是溶液旋涂法11，就是把溶液添加至旋转的模子上，经过旋转而使得液体形成博饼状12。传统的旋转法一般在常温下完成，所得材料存在很多缺点，会降低带电粒子在导带中的转移的快慢，从而影响solar cell的质量13。Science上发表的一片关于热旋涂工艺，克服这这类问题，主要提高了导带中带电粒子的转移速率。加强了器件的功能。（3） 将强solar cell的稳定性钙钛矿solar cell在受到光线照射的情况中，会在内部产生分解从而使电池的性能降低。所以，在我们把目光不断的投入到将强转化效率；将强内部带电粒子的转移速率的时候14，我们仍然不要忘记钙钛矿solar cell内部的稳定是对于电池本身功能的重要性。迄今为止，提高钙钛矿solar cell的稳定能力可以大致为：加强solar cell内部本身的稳定性；或者使钙钛矿solar cell内部与外界隔离开来。前者，史麦斯团队的科研人员通过对于材料内部的观察提出了一种二维的钙钛矿solar cell结构。这种材料对于光线具有良好的吸收能力。关键是在于该材料的制作过程之中不需要高温退火，而且成本具有较为优秀的稳定能力。而在后者中，玫团队的科研人员对于内部采取了两层的二氧化钛及二氧化锆的骨架负载为主来替换传统的内部粒子的转移通道15。该材料内部与二氧化钛相结合之后会让内部的稳定能力得到显著的提升。(五) 对于钙钛矿solar cell的总结 自贰零零玖年以来钙钛矿solar cell的转化率已经高达百分之二十点一，将传统的solar cell远远的甩在了后面，但是新型的钙钛矿solar cell仍然存在很多问题需要解决16。（1） 很多相关的科研人员都将注意力聚焦在了制作方式和革新材料。想要以此来加强钙钛矿solar cell的转化比例，却从来未曾细致的分析，从内部追寻提高转化比例的缘由17。（2） 能够即加强内加强内部的稳定能力并且加强转化转化率亟需结局的问题。（3） 怎么样才能够让钙钛矿solar cell完成工业化的生产，提高工业化的生产水平是目前又一个问题。2.4 聚合物solar cell(一) 聚合物solar cell的工作原理 聚合物solar cell的进程是：(见下图)（1） solar cell的感光器件接受光线的刺激之后内部产生激发态粒子（2） 内部带点粒子的分离（3） Solar cell本身分离的电子和空穴对（4） 内部带电粒子通过外电路之后进行复合图2-5 太阳能电池的原理示意图17 图2-6 能级示意图17上述过程之中聚合物的能带隙是由键长E；聚合物内平面E；芳环E；凝聚态中分子间E以及内部代替E控制的18图2-7 决定聚合物带隙的几个结构参数18以此见得，相关的solar cell是由这5个地方所决定的，科研人员需要从以上五个方面去提高该solar cell的转化效率。(二) 窄带隙聚合物的研究发展(1) 烷基取代聚噻吩(P T h) P T H受到光线的光谱位于波长较长，是前几年至今都受到相关科研人员的不断关注，最为传统的内部构造可以由图(a)来表示，经由聚噻吩的化合物进行改进，以增强其光电转化率19，进而增强对于太阳光的吸收程度。图2-8 聚噻吩类材料典型结构和烷氧基聚噻吩的三种不同衔接方式20(2)其他窄带隙聚合物21 二零零五年山姆团队能人提出了新型的噻吩并噻唑的新形式和C60键的聚合物图2-9 C60聚合物的内部结构示意图18他的带隙是零点七e V22。二零零六年克里默和班克力提出了新型的形状的聚合物，经过初步计算该能带隙的阈值范围为一点六五至一点七二e V(三) 问题的遗留 窄带的聚合物solar cell在近几年的科研进程的快速发展，但是却不可避免的仍然存在许多的遗留问题： 窄带隙聚合物solar cell对于直接接受太阳光线的光谱范围较窄 ，导致对于光线的吸收相对比例较少，并且在材料内部转移过程之中能量损耗较高，所以其转换率较低23。而且，对于该材料的稳定性，相较于当今环境下的电池效率而言还处于较低水平。 在内部器件制作进程之中如若内部参杂杂质会是O P V的性能降低。并且该solar cell的内部器件水平有待于提高24。(四) 窄带隙solar cell的前景 二十世纪初期，世界的solar cell行业正处于蓬勃发展之时，而相对于窄带隙solar cell的开发进程中必然会面临一下问题：（1） 如何加宽相对于窄带隙solar cell的感光范围（2） 照射到感光器件的光线被吸收的比例从而改善电池的性能（3） 在该solar cell内部的带电粒子在导带中转移过程进行优化使之减少过程中不必要的能量消耗25（4） 开拓发展新的适合于窄带隙solar cell的器件以提高电池的转化率。致谢本论文的研究工作是在陈友强老师的严格督促和精心指导下完成的。在毕业设计的整个过程中，陈老师对我始终严格要求、悉心指导，无论是学习上还是生活中都给予我无微不至的关心和帮助，使我深受感动。待人和蔼可亲、工作勤劳刻苦、教学严谨认真的陈老师，是我衷心敬佩的好老师。在此向陈老师表达我衷心的感谢。论文工作还得到师兄师姐的大力支持和帮助。在此表示诚挚的谢意和衷心的祝福。此外，我要特别感谢大学期间曾经帮助和教导过我的所有老师，正是因为他们严谨认真的教学和无私的帮助，我才能很好地掌握和运用专业知识，才得以顺利完成毕业论文工作。最后，真诚感谢关心和帮助我的同学和朋友，正因他们热心帮助，我才能完成一个内容充实而有创新意义的毕业设计。再次感谢所有关心和帮助我的老师和朋友！参考文献：1 鄢炎发，薄膜太阳能电池研究最新研究进展和挑战，光学与光电技术.2015年6期2 杨贺玮，官俊杰，高峰贤，何欣平，王安，孙宝德，张学强，张宝冯，亚青，D_A_A结构染料敏化剂研究进展，有机化学，2015年11期3 马换梅，染料敏化太阳能电池微铂对电极的制备与性能，化学工程天津大学2012(学位年度)4 蔡红远，钌系合金对电极的制备及其染料敏化太阳能电池的性能研究，材料物理与化学中国海洋大学2015(学位年度)5 杨宏训，黄妙良，韩鹏，姜奇伟，吴子豹，吴季怀，染料敏化太阳能电池研究进展，材料导报，2006年9期6 韩璐，太阳能电池染料敏化剂研究进展 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Commun. 2012, 3, 1019. 附录单线态硅的裂变并行串联太阳能电池外部量子效率超过100%(翻译)常规结果太阳能电池是有限的效率约为34%,主要是由于非吸收能带隙下 通过热化的高能光子和能量的损失电子空穴对。这种限制称为肖克利-奎塞尔限制。单线态分裂是一个以下转换过程在有机半导体自发地一个高能转换单线态自旋电子空穴对(激子)为两个三连体自旋激子。每一个用于太阳能电池三重态激子有最初的单线态激子的能量的一半。这一过程可能会提升的理论限制单个激子当结合更低的能带隙导体。在以前的共工作中，我们和其他成功的例子并五苯的单线态裂变为铅硫族化物量子点敏化剂或非晶硅，这里我们使用一个新颖的体系结构结合传统的单晶硅太阳能电池与并行并五苯单元电连接。在这样一个平行的体系结构硅光伏发电的效率可以提高单线态裂变可能翻倍目前获得高能光子。串联太阳能电池已经克服结果肖克利-奎塞尔限制通过叠加两个或两个以上的太阳能电池不同的能带隙等系列,光线高能带隙材料之前。到达的较低能带隙子电池(s)(见图1(A)。在这个配置中,达到稳态子加的电压,电流匹配之间的不匹配当前生成的每个sub-cell部队转变相应的操作电压从他们的最佳点。因此在当前的不匹配会导致效率下降。获得匹配潮流的设计和制造是具有挑战性的,非常昂贵。和这场比赛不能保持随着太阳光谱的变化,尤其是在扩散照明。因此,串联细胞是唯一可行的位置直接照明,和利基市场的限制,例如聚光太阳能电池。相比之下,当两个并行太阳能电池电连接,他们在同样的操作电压和电流增加,电压范围只对数与光强度而不是线性20,因此,我们这里显示、电压匹配是更容易实现改变匹配的潮流阳光条件相比,对制造更健壮约束和材料不匹配。主要是对传统的太阳能电池电压由能带隙,因此两个能带隙串联配置不平行实现电压匹配,没有复杂的联系方案结合不同数量的子。然而,当高能带隙子电池单线态裂变的太阳能电池,电压匹配是可能的在一个单一的,两端的太阳能电池。单线态裂变下转换从一个高能激子两个较长的激子允许电流从太阳能电池双电压时减少的一个因素两个相比,传统的细胞相同的能带。就其本身而言,这种单线态裂变电池不允许转换效率高于传统的细胞,由于提取的权力(当前)电压保持不变单能带隙细胞。然而,连接一个高隙单线态裂变太阳能电池与传统太阳能电池低能带隙形成一个电压匹配两个能带隙系统(见图1(B)。当两个子串联的光,光线可以通过两层先后导致太阳能电池与理论效率高于任何结果的太阳能电池。找到限制我们使用效率在肖克利奎细致平衡模型修改为单线态裂变类似于汉娜和麦克平行的主要区别22串联太阳能电池比传统多种的细胞生成和复合电流两子完成串联细胞(见补充补充道S2)的信息。在一系列串联两子的电流平衡的电压被添加。图1(C)和(D)显示了限制系列和并行效率分别串联太阳能电池。理论效率可以达到最高45%在这两种情况下的窄带隙半导体0.94 eV底部细胞和1.60 eV顶端细胞的一系列串联细胞,而平行串联细胞最佳组合是0.95 eV低能带隙细胞和1.64 eV单线态细胞裂变(参见表1)。(A)传统串联太阳能电池、电和光学串联连接。(B)并行单线态裂变串联细胞23。单线态裂变下转换促进生产两个低电压匹配从一个高能光子能量激发态。(C)细致平衡计算的效率极限系列串联太阳能电池不同带隙的顶部和底部细胞。代表的数字例显示在表1。(D)的效率限制并联串联太阳能电池的传统半导体能带底通用电气和通用电气单线态裂变半导体科幻。只值超过了结果肖克利-奎塞尔限制所示。系列串联细胞相反,并行串联配置不需要电流匹配的两个子。电压需要尽可能匹配,但自从隙的变化导致较小的电压比电流的变化(见补充信息S3),效率高在一个平行串联太阳能电池更容易实现的广泛的材料具有不同的带隙,在不影响效率不完全吸收。这种差异是如图1所示(D),我们画出的带隙组合超过结果限制。表1。各种结果的最大理论效率和并行计算串联太阳能电池使用详细的平衡。至关重要的是,平行串联电池的效率极限是通过改变光谱的影响较小.条件。光谱的形状可以改变由于细胞之间的角度和太