聚合物太阳能电池1

聚合物太阳能电池汇报人：李艳芳任课老师：林仕伟教授目录1234聚合物太阳能电池的研究背景聚合物太阳能电池的原理聚合物太阳能电池的结构设计聚合物太阳能电池的分类5聚合物太阳能电池的展望1.聚合物太阳能电池的研究背景

近年来，有机半导体材料作为一类极具前景的光伏材料，引起了研究人员的高度重视。

聚合物太阳能电池一般由共轭聚合物给体和富勒烯衍生物受体的共混膜夹在ITO透明正极和金属负极之间所组成。有机半导体材料良好的柔韧性也拓宽了其应用范围，例如在柔性可卷曲体系中实现光伏供电等。3它们可以被溶液加工和大面积成膜，为大规模利用太阳能获得廉价电能提供了有利条件。2有机半导体材料成本较低、结构和功能易于调控。11.聚合物太阳能电池的研究背景1%0.04%1.聚合物太阳能电池的研究背景5.5%7.3%1.聚合物太阳能电池的研究背景7.4%10%1.聚合物太阳能电池的研究背景10.6%8.62%1.聚合物太阳能电池的研究背景2013年，德国Heliatek公司，公布其有机太阳能电池效率又创世界新高，到达12%，打破了该公司于9个月前创立的10.7%的记录，可与常规晶硅模块及薄膜光伏14-15%的电池效率相媲美，还可以借助更高的光电压提高对光子的吸收。基于这个成果，Heliatek公司计划至2015年将转换效率提高至15%。3.3%2.聚合物太阳能电池的原理图1.聚合物太阳能电池的机理图图2.聚合物太阳能电池的结构示意图2.聚合物太阳能电池的原理

有机材料的激子分离与迁移并非全部有效,为了有效

地提高其能量转换效率,必须满足以下条件:1

在聚合物太阳能电池的激活区域光吸收必须尽可能的大2

光子被吸收后产生的自由载流子必须足够的多3

产生的载流子能低损耗地到达外部电路3.聚合物太阳能电池的结构设计图3.聚合物太阳能电池的电流-电压曲线3.聚合物太阳能电池的结构设计图4电子给体材料和电子受体材料的能级示意图

电子给体材料为共轭聚合物材料，需要具有低HOMO能级和高LUMO能级，但是其中有两个限制因素：电子给体材料的LUMO能级至少比电子受体材料的能级高0.3eV。电子给体材料的HOMO能级与电子受体的LUMO能级之差，直接影响相应器件的开路电压。

第一个OSC的主要材料为镁酞菁染料，这种结构的太阳能电池通常被称为“肖特基型OSCs”，由于效率比较低，现在已经被淘汰。4.聚合物太阳能电池的分类图5.双层异质结有机太阳能电池结构4.聚合物太阳能电池的分类图6.本体异质结有机太阳能电池的结构

“BHJ”聚合物太阳能电池，就是将Donor和Acceptor混合起来，通过真空沉积或者溶液旋涂的方法制成一种混合型薄膜,最高效率达到10%。4.聚合物太阳能电池的分类

为了进一步提高器件的效率，制备出了叠层结构的多结聚合物太阳能电池的构想，效率为10.6％。图7.叠层结构聚合物太阳能电池5.聚合物太阳能电池的展望

与无机太阳能电池相比，OSCs的效率仍然较低，其主要原因是由于大部分活性材料存在太阳光吸收能力较弱，载流子迁移率低以及稳定性差等问题。

目前主要采取设计新材料，优化器件工艺和控制活性层形貌等方法提高OSCs的效率与稳定性。然而，有关OSCs的研究无论从基本性能、深层次机制或产业化应用等许多方面尚处于初始阶段。

因此，进一步借鉴无机太阳能电池的成熟技术及研究思路将会对OSCs的发展起到积极作用。此外，将有机和无机半导体材料各自的优点相结合，控制BHJ活性层纳米结构相分离来提高器件的性能将成为今后太阳能电池研究的重要方向。参考文献[1]Appl.Phys.Lett.48(2),1986[2]Science.270(15),1995

[3]J.Appl.Phys.72(8),1992[4]J.Am.Chem.Soc.2011,133,4250–4253[5]Adv.Mater.2012,24,1476–1481[6]Apolymertandemsolarcellwith10.6%powerconversionefficiency[J].naturecommunications.2013[7]Enhancedpower-conversionefficiencyinpolymersolarcellsusinganinverteddevicestructure[J].NaturePhotonics.2012[8]All-PolymerSolarCellswith3.3%EfficiencyBasedonNaphthaleneDiimide-SelenopheneCopolymerAcceptor[J].J.Am.Chem.Soc[9]Tandempolymer