无机太阳能电池有机太阳能电池.PPT

有机光伏材料 报告人：王英健 太阳能电池及其评价参数 有机太阳能电池 染料敏化太阳能电池（DSSC） 太阳能电池 太阳能电池 太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的半导体器件，包括无机太阳能电池，有机太阳能电池。 无机太阳能电池 有机太阳能电池 基本组成 由p-n结半导体融合 能够吸收光能的给体和受体共轭体系 工作原理 电子由n型半导体扩散到p型半导体，空穴由p型半导体扩散到n型半导体，在p-n结上形成自建场，在光的作用下形成电子-空穴对，形成光电流。 受体受激发，电子由HOMO跃迁到LUMO，形成束缚电子-空穴对；电子-空穴对在给-受体界面分离成游离的电子和空穴；空穴，电子分别向正极，负极迁移，形成光电流 ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － Ec Ec En En Ev Ev p-n结电荷区 无机p-n结太阳能电池工作原理 电极（+） 电极（-） 给体 受体 LUMO LUMO HOMO HOMO 2 1 3 3 有机太阳能电池工作原理 玻璃基底 阳极 给体材料 受体材料 阴极 有机太阳能电池结构示意图 （b） 阴极 有机层 阳极 玻璃基底 （a） 阴极 给体+受体层 阳极 玻璃基底 （c） 太阳能电池评价参数 短路电流（Isc）:光照条件下，太阳能电池正负电极短路时的电流。 开路光电压（Voc）：光照下，太阳能电池正负极短路时的电压。 填充因子（FF）：一定负载下，电池最大输出功率与短路光电流和开路电压乘积的比值。 FF=Pmax/IscVoc 光电转化效率（IPCE）：单位时间内外电路中产生电子数和入射单色光子数之比。 IPCE=1240Jsc/入*P光 外量子效率（EQE）：太阳能电池的光伏功率 EQE=FF/P光*100％ 有机太阳能电池 有机太阳能电池是一种利用小分子或者有机高聚物直接或间接把太阳能转化为电能的器件。 有机小分子太阳能材料大多数具有一定的共轭平面结构，这种结构特点利于形成自组装的多晶膜，可利用材料：酞菁，卟啉，苝类化合物和菁类化合物。 有机太阳能电池 酞菁 （M=金属或2H） 酞菁属于p型半导体，18个电子的大共轭体系，在600~800nm的光谱有较大的吸收，不同金属酞菁作为电子供体，C60作为电子受体组装异质结有机电池，结果：电池的短路电流和金属酞菁的空穴迁移率呈良好的线性关系。 卟啉 （M=金属或2H） 18个兀电子的大环共轭化合物，流动性比较好，较好的光学性质和良好的热稳定性质。 优点：在400~450nm，500~700nm具有强烈的吸收，因此可作为全光谱相应的光敏剂。 缺点：具有非常大的电阻，相对较大的氧化电势和较小的分子间接触，因此光电性能较差。 尝试改进方法：采取两种卟啉衍生物的杂二聚物HD代替原来单一的卟啉染料，电池结构Al/HD(9nm)/MC(COOH)(20nm)/Au,光电性质进一步改进，445nm单色光照射下，短路电流：2.36μA/㎝2，开路电压：0.69V，填充因子：0.41，光电转化效率：4.8％。 菁 菁染料容易合成价格低廉 优点：在溶剂中具有良好的溶解度，在可见光区和红外光区具有较强的吸收，光谱可调节范围广 缺点：光稳定性较差，次甲基链越长，稳定性越差 尝试：黄颂羽等合成一系列菁类苝红颜料和氯铝酞菁组合，采用真空镀膜技术制备异质结有机太阳能电池，具有较好的光电效应。5.62mW/cm2光照下，开路电压140mV，短路电流420μA，填充因子54.3％，光电转化效率1.0％。 有机聚合材料： 分子结构中一般含有多个双键和芳香环，具有较高的载流子迁移率，利于空穴传输，含有两大体系：聚对亚苯基乙烯，聚噻吩衍生物。 聚对亚苯基乙烯（PPV）衍生物 PPV MEH-PPV MEH-CN-PPV 聚噻吩衍生物 POPT P3HT P3OT 有机-无机杂化体系 铝 Cd/P3HT复合层 PEDOT/PSS ITO 基底 有机-无机复合体系电池 P3HT修饰TiO2纳米管分子结构 PEDOT/PSS 染料敏化太阳能电池（DSSC） DSSC结构和运行示意图 ? ? ? ④ ⑤ N3 N719 黑染料 Z907 NKX-2553 NKX-2311 纯有机染料 MK-2 D149 总结 有机太阳能电池 染料敏化太阳能电池