有机太阳能电池.doc

湖南文理学院化学化工学院 姓名：陈立峰 班级：应用化学1班21 学号：201212020121 摘　要作为取之不尽、用之不竭、无污染的可再生与清洁能源，太阳能的充分利用是解决目前人类所面临的能源短缺和环境污染等问题的根本途径。实现廉价的太阳能发电，是人类梦寐以求的追求。在过去几十年中，以硅基为代表的无机半导体太阳能电池技术得到充分的发展，已经实现实用化。但是，由于其生产工艺复杂、成本高、不易实现大面积器件以及制造过程中带来的严重环境污染，限制了硅基太阳能电池的大规模推广应用。给实用化带来不便。而有机太阳能电池的活性层基本采用固态的有机聚合物半导体材料，具有一些独特优势：(1)有机材料质量轻、柔韧性好(2)有机材料可以进行化学设计、裁剪和合成。无资源存量的限制(3)电池器件制备工艺简单，可采取印刷、喷墨、打印等溶液加工法，成本低(4)容易制备大面积和柔性器件。因此，有机太阳能电池自从发明以来，引起了科学家的极大兴趣。 关键词 有机太阳能电池、材料、固体电解质 ; 前言 1随着化石能源的逐渐枯竭及伴随的环境恶化 ,人们迫切需求对环境友好的可再生能源. 太阳能是目前最具前景的新型能源: 用之不竭 ,且太阳能的使用不会破坏地球生态及环境;安全 ,无污染;利用成本低 ,且不受地理条件限制. 太阳能利用的形式多种多样 ,其中太阳能电池技术可将太阳能直接转利用太阳能的方式 1954 年 ,贝尔实验室报道了光电转换效率达6 %的太阳能电池 ,标志着实用化太阳能研究的开 始[ 1 ] . 到 20 世纪 70 年代 ,用于卫星的半导体硅太 阳能的光电转换效率已经达到了 15 %～20 %[ .而随后出现的半导体液结太阳能电池标 聚合物太阳能电池具有可重复利用，质量轻，柔性强，对环境无污染，低成本，制作过程简易迅速等优点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 　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。电子被低功函数的电极提取，空穴则被来自高功函数电极的电子填充，由此在光照下形成光电流。理论上，有机半导体膜与两个不同功函数的电极接触时，会形成不同的肖特基势垒。这是光致电荷能定向传递的基础。因而此种结构的电池通常被称为“肖特基型有机太阳能电池”。 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。这些染料通常也被用作感光材料，这自然是柯达的强项。邓青云的器件之核心结构是由四羧基苝的一种衍生物（邓老管它叫PV）和铜酞菁（CuPc）组成的双层膜。双层膜的本质是一个异质结，邓老的思路是用两种有机半导体材料来模仿无机异质结太阳能电池。他制备的太阳能电池，光电转化效率达到1%左右。虽然还是跟硅电池差得很远，但相对于以往的肖特基型电池却是一个很大的提高。这是一个成功的思路，为有机太阳能电池研究开拓了一个新的方向，时至今日这种双层膜异质结的结构仍然是有机太阳能电池研究的重点之一。 到了1992年，土耳其人Sariciftci（读作萨利奇夫奇）在美国发现，激发态的电子能极快地从有机半导体分子注入到C60分子（其结构如图2-1）中，而反向的过程却要慢得多。也就是说，在有机半导体材料与C60的界面上，激子可以国斯坦福大学的McGehee教授报道，他们用实验加速装置测试以N-9-十七烷基-2,7-咔唑－5,5-(4,7-二-2-噻吩基-2,1,3-苯并噻二唑)交替共聚物（PCDTBT）PCDTBT分子结构[18所示)作为活性材料的有机太阳能电池的使用寿命，发现其寿命可达到7年之久。通过一些改善措施，有机太阳能电池的使用寿命有望延长至10年。虽然有机太阳能电池的寿命要比结晶硅型太阳能电池寿命（20年以上）短许多，但是因为其制造成本要远远低于结晶硅型太阳能电池，因此，有机太阳能电池仍有广阔的产业化应用前景。 表1 近2年来国际上已报道的有机太阳能电池光电转换效率的发展情况[19] 公司（机构）名称 日期 效率 芝加哥大学(The University of Chicago) 2010年1月 7.4% 朔荣有机光电科技公司（Solarmer Energy Inc.） 2010年7月 8.13% 赫里阿泰克公司（Heliatek） 2010年10月 8