第4章有機柔性太陽能電池

1、 4.14.1概述概述 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1 1、有機薄膜電池的結構；、有機薄膜電池的結構； 2 2、有機薄膜電池材料種類及特性；、有機薄膜電池材料種類及特性； 3 3、激子概念及類型、激子概念及類型； 4、有機柔性電池發(fā)電原理；、有機柔性電池發(fā)電原理； 5、有機柔性電池的優(yōu)缺點、有機柔性電池的優(yōu)缺點 4.1 4.1 概述概述 有機薄膜電池概念有機薄膜電池概念： 廣義的講有機太陽能電池主要是利用有機廣義的講有機太陽能電池主要是利用有機 小分子或有機高聚物來直接或間接將太陽能轉(zhuǎn)小分子或有機高聚物來直接或間接將太陽能轉(zhuǎn) 變?yōu)殡娔艿钠骷Ｗ優(yōu)殡娔艿钠骷?4.1 4.1 概述概述 有機薄膜電池的

2、歸類有機薄膜電池的歸類： 太陽能電池材料類型太陽能電池材料類型 4.1 4.1 概述概述 有機薄膜電池的發(fā)展歷史有機薄膜電池的發(fā)展歷史： 有機太陽能電池是一種正在進行研究的新有機太陽能電池是一種正在進行研究的新 型電池。有機太陽能電池這個概念貌似很新，型電池。有機太陽能電池這個概念貌似很新， 但其實它的歷史也不短但其實它的歷史也不短跟硅基太陽能電池跟硅基太陽能電池 的歷史差不多的歷史差不多 。 第一個有機光電轉(zhuǎn)化器件是由第一個有機光電轉(zhuǎn)化器件是由Kearns和和 Calvin在在1958年制備的，其主要材料為鎂酞菁年制備的，其主要材料為鎂酞菁 (MgPc)染料，染料層夾在兩個功函數(shù)不同的電染料

3、，染料層夾在兩個功函數(shù)不同的電 極之間。在那個器件上，他們觀測到了極之間。在那個器件上，他們觀測到了200 mV 的開路電壓，光電轉(zhuǎn)化效率低得讓人都不好意的開路電壓，光電轉(zhuǎn)化效率低得讓人都不好意 思提思提 。 4.1 4.1 概述概述 有機薄膜電池的發(fā)展歷史有機薄膜電池的發(fā)展歷史： 1986年，柯達公司的鄧青云博士年，柯達公司的鄧青云博士. 光電轉(zhuǎn)化光電轉(zhuǎn)化 效率達到效率達到1左右。時至今日這種雙層膜異質(zhì)結左右。時至今日這種雙層膜異質(zhì)結 的結構仍然是有機太陽能電池研究的重點之一。的結構仍然是有機太陽能電池研究的重點之一。 4.1 4.1 概述概述 有機薄膜電池的發(fā)展歷史有機薄膜電池的發(fā)展歷史：

4、 1992年，土耳其人年，土耳其人Sariciftci發(fā)現(xiàn)，激發(fā)態(tài)發(fā)現(xiàn)，激發(fā)態(tài) 的電子能極快地從有機半導體分子注入到的電子能極快地從有機半導體分子注入到C60 分子而反向的過程卻要慢得多。分子而反向的過程卻要慢得多。 1993年，年，Sariciftci在此發(fā)現(xiàn)的基礎上制成在此發(fā)現(xiàn)的基礎上制成 PPV/C60雙層膜異質(zhì)結太陽能電池。此后，以雙層膜異質(zhì)結太陽能電池。此后，以 C60為電子受體的雙層膜異質(zhì)結型太陽能電池為電子受體的雙層膜異質(zhì)結型太陽能電池 層出不窮。層出不窮。 4.1 4.1 概述概述 有機薄膜電池的發(fā)展歷史有機薄膜電池的發(fā)展歷史： 但激子仍只能在界面區(qū)域分離，離界面較但激子仍只能

5、在界面區(qū)域分離，離界面較 遠處產(chǎn)生的激子往往還沒移動到界面上就復合遠處產(chǎn)生的激子往往還沒移動到界面上就復合 了。而且有機材料的導電性很差，在界面上分了。而且有機材料的導電性很差，在界面上分 離出來的載流子在向電極運動的過程中大量損離出來的載流子在向電極運動的過程中大量損 失。這兩點限制了雙層膜電池的光電轉(zhuǎn)化效率失。這兩點限制了雙層膜電池的光電轉(zhuǎn)化效率 。 研究人員在雙層膜太陽能電池的基礎上又研究人員在雙層膜太陽能電池的基礎上又 提出了一個重要的概念：混合異質(zhì)結提出了一個重要的概念：混合異質(zhì)結(體異質(zhì)結體異質(zhì)結) 電池。電池。 4.1 4.1 概述概述 有機薄膜電池的結構有機薄膜電池的結構： 1

6、、玻璃、玻璃 2、透明導電極、透明導電極 3、有機物半導、有機物半導 體材料體材料 4、金屬電極、金屬電極 4.1 4.1 概述概述 有機薄膜電池材料的類型及性質(zhì)有機薄膜電池材料的類型及性質(zhì)： 1、施主材料、施主材料 能夠吸收太陽光并產(chǎn)能夠吸收太陽光并產(chǎn) 生激子（電子生激子（電子-空穴對）空穴對） 容易給出容易給出電子電子，吸收，吸收 空穴空穴 2、受主材料、受主材料 不不能吸收太陽光并產(chǎn)能吸收太陽光并產(chǎn) 生激子（電子生激子（電子-空穴對）空穴對） 容易給出容易給出空穴空穴，吸收，吸收 電子電子 4.1 4.1 概述概述 有機薄膜電池的結構類型有機薄膜電池的結構類型： 1、單層膜結構、單層膜結

7、構 兩個金屬電極之間夾一兩個金屬電極之間夾一 層有機物吸光材料。層有機物吸光材料。 2、雙層膜結構、雙層膜結構 由一層施主有機材料由一層施主有機材料 和一層受主有機材料構成，和一層受主有機材料構成， 交界面為平面。交界面為平面。 4.1 4.1 概述概述 有機薄膜電池的結構類型有機薄膜電池的結構類型： 3、體異質(zhì)結（混合型）、體異質(zhì)結（混合型） 施主材料和受主材料混合在一起，兩種材料施主材料和受主材料混合在一起，兩種材料 的交界面不是平面。的交界面不是平面。 4.1 4.1 概述概述 激子的概念及激子類型激子的概念及激子類型： 1、激子概念、激子概念 激子是被束縛的電子空穴對，是受激后的準激子

8、是被束縛的電子空穴對，是受激后的準 粒子粒子。光照后，電子吸收光子能量后擺脫有機分。光照后，電子吸收光子能量后擺脫有機分 子束縛成為自由電子，但是電子子束縛成為自由電子，但是電子-空穴仍相互吸空穴仍相互吸 引而成為激子，即激子是存在相互作用的電子空引而成為激子，即激子是存在相互作用的電子空 穴對。穴對。 4.1 4.1 概述概述 激子的概念及激子類型激子的概念及激子類型： 2、激子類型、激子類型 激子可以分為瓦尼爾激子可以分為瓦尼爾-莫特激子和弗侖克爾莫特激子和弗侖克爾 激子。激子。 瓦尼爾瓦尼爾-莫特激子為松束縛激子，相互作用莫特激子為松束縛激子，相互作用 很弱，對應能量為很弱，對應能量為0

9、.01eV。存在于晶體硅中。存在于晶體硅中。 弗侖克爾激子為緊束縛激子，相互作用很強，弗侖克爾激子為緊束縛激子，相互作用很強， 對應能量為對應能量為0.3eV。存在于有機施主材料中。存在于有機施主材料中。 4.1 4.1 概述概述 激子的概念及激子類型激子的概念及激子類型： 3、激子自旋方向類型、激子自旋方向類型 單線態(tài)單線態(tài) 激子激子 被激發(fā)的電子自旋方向與基態(tài)電子自旋方向被激發(fā)的電子自旋方向與基態(tài)電子自旋方向 相反。對有機電池發(fā)電相反。對有機電池發(fā)電有有貢獻，但復合非?？?，貢獻，但復合非?？?， 少子壽命非常短（在納秒量級）。少子壽命非常短（在納秒量級）。 三線態(tài)三線態(tài) 激子激子 被激發(fā)的電

10、子自旋方向與基態(tài)電子自旋方向被激發(fā)的電子自旋方向與基態(tài)電子自旋方向 相同。對有機電池發(fā)電相同。對有機電池發(fā)電無無貢獻，但復合非常慢，貢獻，但復合非常慢， 少子壽命非常長（在毫秒量級）。少子壽命非常長（在毫秒量級）。 4.1 4.1 概述概述 有機電池光伏發(fā)電原理有機電池光伏發(fā)電原理： 1、施主材料吸收太陽、施主材料吸收太陽 光，產(chǎn)生單線態(tài)激子。光，產(chǎn)生單線態(tài)激子。 2、激子從施主材料擴、激子從施主材料擴 散到界面處發(fā)生分離。散到界面處發(fā)生分離。 3、空穴通過施主材料、空穴通過施主材料 傳輸?shù)酵该麟姌O處，并傳輸?shù)酵该麟姌O處，并 被電極收集。被電極收集。 4、電子通過受主材料、電子通過受主材料 傳

11、輸?shù)诫姌O處，并被金傳輸?shù)诫姌O處，并被金 屬電極收集。屬電極收集。 4.1 4.1 概述概述 有機電池光伏發(fā)電損耗有機電池光伏發(fā)電損耗： 1、單線態(tài)激子壽命很、單線態(tài)激子壽命很 短，很容易重新復合。短，很容易重新復合。 2、分離后的電子和空、分離后的電子和空 穴在界面處又可能重新穴在界面處又可能重新 復合。復合。 3、半導體導電性差造、半導體導電性差造 成串聯(lián)電阻損失。成串聯(lián)電阻損失。 4.1 4.1 概述概述 有機柔性電池的優(yōu)點有機柔性電池的優(yōu)點： 1、設備成本低。、設備成本低。 2、原材料用量少（、原材料用量少（100納米）。納米）。 3、電性能可調(diào)，可以按照需、電性能可調(diào)，可以按照需 要合

12、成有機物，調(diào)節(jié)吸收光譜要合成有機物，調(diào)節(jié)吸收光譜 和導電特性。和導電特性。 4.1 4.1 概述概述 有機柔性電池的缺點有機柔性電池的缺點： 1、電子、電子-空穴分離較難?？昭ǚ蛛x較難。 2、有機物半導體導電性差，損耗大。、有機物半導體導電性差，損耗大。 3、轉(zhuǎn)換效率衰減快，使用壽命低于無機半導體、轉(zhuǎn)換效率衰減快，使用壽命低于無機半導體 電池。電池。 4、器件不易封裝嚴密，易受潮而失效。、器件不易封裝嚴密，易受潮而失效。 第二次作業(yè)第二次作業(yè) 1、通過對比無機薄膜電池的發(fā)電量比晶體硅電、通過對比無機薄膜電池的發(fā)電量比晶體硅電 池的年發(fā)電量要高，簡述主要原因。池的年發(fā)電量要高，簡述主要原因。 2

13、、簡述薄膜電池有哪些優(yōu)點。、簡述薄膜電池有哪些優(yōu)點。 3、簡述在非晶硅三結疊層電池中，各結電池材、簡述在非晶硅三結疊層電池中，各結電池材 料的特點。料的特點。 第三次作業(yè)第三次作業(yè) 1、簡述鎵銦銅硒（、簡述鎵銦銅硒（CIGS）電池有哪些優(yōu)勢。）電池有哪些優(yōu)勢。 2、簡述大規(guī)模發(fā)展鎵銦銅硒和碲化鎘電池會遇、簡述大規(guī)模發(fā)展鎵銦銅硒和碲化鎘電池會遇 到什么問題。到什么問題。 3、簡述有機電池光伏發(fā)電原理。、簡述有機電池光伏發(fā)電原理。 4.24.2體異質(zhì)結電池體異質(zhì)結電池 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1 1、雙層膜電池結構缺點；、雙層膜電池結構缺點； 2 2、體異質(zhì)結電池結構優(yōu)、缺點體異質(zhì)結電池結構優(yōu)、缺點

14、； 3 3、體異質(zhì)結電池產(chǎn)生激子后的三種情況；體異質(zhì)結電池產(chǎn)生激子后的三種情況； 4、施主、施主-受主界面的形式類型；受主界面的形式類型； 5、施主、受主材料、施主、受主材料 4.24.2體異質(zhì)結電池體異質(zhì)結電池 雙層膜電池結構缺點雙層膜電池結構缺點： 1、電由于激子壽命非常短，在還沒有擴散到交、電由于激子壽命非常短，在還沒有擴散到交 界面分離時，就復合掉了。界面分離時，就復合掉了。 4.24.2體異質(zhì)結電池體異質(zhì)結電池 體異質(zhì)結電池結構的優(yōu)、缺點體異質(zhì)結電池結構的優(yōu)、缺點： 1、縮短了激子擴散到交界面的距離，從而減少、縮短了激子擴散到交界面的距離，從而減少 了激子的復合。了激子的復合。 2、

15、受主材料變薄，受主吸收電子能力變差。、受主材料變薄，受主吸收電子能力變差。 4.24.2體異質(zhì)結電池體異質(zhì)結電池 體異質(zhì)結中產(chǎn)生激子后的三種情況體異質(zhì)結中產(chǎn)生激子后的三種情況： 1、擴散到界面處分離為電、擴散到界面處分離為電 子子-空穴?？昭ā?2、激子復合。、激子復合。 3、分離后的電子、分離后的電子-空穴重新空穴重新 回到界面處復合?；氐浇缑嫣帍秃稀?4.24.2體異質(zhì)結電池體異質(zhì)結電池 施主、受主界面形式施主、受主界面形式： 1、雙層膜異質(zhì)結。、雙層膜異質(zhì)結。 2、體異質(zhì)結。、體異質(zhì)結。 3、分子異質(zhì)結。、分子異質(zhì)結。 4.24.2體異質(zhì)結電池體異質(zhì)結電池 施主、受主界面形式施主、受主界

16、面形式： 4、雙軸型聚合物。、雙軸型聚合物。 4.24.2體異質(zhì)結電池體異質(zhì)結電池 施主、受主材料施主、受主材料： 1、施主材料。、施主材料。 常用不摻雜的共軛聚合物作施主材料，具有常用不摻雜的共軛聚合物作施主材料，具有 可溶性，可溶性， 4.24.2體異質(zhì)結電池體異質(zhì)結電池 施主、受主材料施主、受主材料： 2、受主材料。、受主材料。 富勒烯衍生物作為受主材料，高度可溶。富勒烯衍生物作為受主材料，高度可溶。 4.34.3有機柔性電池優(yōu)化有機柔性電池優(yōu)化 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1 1、有機柔性電池優(yōu)化方向；、有機柔性電池優(yōu)化方向； 2 2、效率機極限計算；、效率機極限計算； 3 3、有機雙結疊層

17、電池、有機雙結疊層電池； 4.3 4.3 有機柔性電池優(yōu)化有機柔性電池優(yōu)化 有機柔性電池優(yōu)化方向有機柔性電池優(yōu)化方向： 1、促進電子、促進電子-空穴的分離，減少復合?？昭ǖ姆蛛x，減少復合。 增加退火工藝和改進溶劑增加退火工藝和改進溶劑 2、加快載流子的傳輸減小串聯(lián)電阻損耗。、加快載流子的傳輸減小串聯(lián)電阻損耗。 改善施主、受主材料排列的整齊性改善施主、受主材料排列的整齊性 3、增加吸光的波長范圍、增加吸光的波長范圍 采用疊層電池結構設計采用疊層電池結構設計 4.3 4.3 有機柔性電池優(yōu)化有機柔性電池優(yōu)化 Shockley-QueisserShockley-Queisser效率極限計算：效率極限

18、計算： 1、課本理論計算假設條件。、課本理論計算假設條件。 2、有機物電池理論效率極限低于無機物電池理、有機物電池理論效率極限低于無機物電池理 論效率極限。論效率極限。 3、有機物電池理論效率極限與吸光層的厚度及、有機物電池理論效率極限與吸光層的厚度及 復合強度有關。復合強度有關。 4、有機物的最佳帶隙大于無機物的最佳帶隙、有機物的最佳帶隙大于無機物的最佳帶隙 4.3 4.3 有機柔性電池優(yōu)化有機柔性電池優(yōu)化 有機雙結疊層電池：有機雙結疊層電池： 1、不同電池的吸光材料不同，吸收不、不同電池的吸光材料不同，吸收不 同波段的的入射光。同波段的的入射光。 2、疊層電池的電流，以兩結電池電流、疊層電

19、池的電流，以兩結電池電流 中最小的電流為準。中最小的電流為準。 3、電壓為兩結電池電壓之和。、電壓為兩結電池電壓之和。 4.44.4卷對卷技術卷對卷技術 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1 1、有機柔性電池生產(chǎn)技術；、有機柔性電池生產(chǎn)技術； 2 2、不同溶劑效果對比；、不同溶劑效果對比； 3 3、卷對卷生產(chǎn)工藝、卷對卷生產(chǎn)工藝； 4.4卷對卷技術卷對卷技術 有機柔性電池生產(chǎn)技術有機柔性電池生產(chǎn)技術： 1、噴涂生產(chǎn)技術。、噴涂生產(chǎn)技術。 2、涂刷生產(chǎn)技術。、涂刷生產(chǎn)技術。 4.4 卷對卷技術卷對卷技術 卷對卷生產(chǎn)技術卷對卷生產(chǎn)技術： 4.4 卷對卷技術卷對卷技術 卷對卷生產(chǎn)技術卷對卷生產(chǎn)技術： 4.4 卷

20、對卷技術卷對卷技術 噴墨印刷技術噴墨印刷技術： 4.4 卷對卷技術卷對卷技術 有機柔性電池生產(chǎn)技術有機柔性電池生產(chǎn)技術：- -油墨油墨 油墨由施主材料、受主材料和溶劑組成。油墨由施主材料、受主材料和溶劑組成。 共軛聚合物為施主材料，富勒烯為受主材料，共軛聚合物為施主材料，富勒烯為受主材料， 溶劑采用四氫化奈（或溶劑采用四氫化奈（或68%的鄰二氯苯和的鄰二氯苯和32% 的均三甲苯）。的均三甲苯）。 4.4 卷對卷技術卷對卷技術 有機柔性電池生產(chǎn)技術有機柔性電池生產(chǎn)技術：-ITO-ITO緩沖層緩沖層 聚乙撐二氧噻吩聚乙撐二氧噻吩-聚乙烯磺酸鹽（聚乙烯磺酸鹽（PEDOT- PPS）。）。 4.4 卷

21、對卷技術卷對卷技術 有機柔性電池生產(chǎn)技術有機柔性電池生產(chǎn)技術：- -電池均勻性控電池均勻性控 制制 1、油墨的濃度、黏度和溫度的穩(wěn)定性；、油墨的濃度、黏度和溫度的穩(wěn)定性； 2、機械結構精密保證噴涂壓力穩(wěn)定；、機械結構精密保證噴涂壓力穩(wěn)定； 3、襯底移動速度穩(wěn)定、襯底移動速度穩(wěn)定 4.4 卷對卷技術卷對卷技術 不同溶劑效果對比不同溶劑效果對比 1、采用四氫化奈溶劑制備的表面比、采用四氫化奈溶劑制備的表面比68%的鄰二的鄰二 氯苯和氯苯和32%的均三甲苯溶劑制備的表面要粗糙。的均三甲苯溶劑制備的表面要粗糙。 2、鄰二氯苯和均三甲苯溶劑制備的電池的短路、鄰二氯苯和均三甲苯溶劑制備的電池的短路 電流和

22、開路電壓都要高。電流和開路電壓都要高。 4.4 卷對卷技術卷對卷技術 發(fā)電纖維發(fā)電纖維 1、把太陽能電池集成于紡織品。、把太陽能電池集成于紡織品。 4.5 4.5 涂刷技術涂刷技術 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1 1、涂刷技術基本要素；、涂刷技術基本要素； 2 2、涂刷技術基本過程涂刷技術基本過程； 3 3、涂刷技術與其它技術對比；涂刷技術與其它技術對比； 4.5 4.5 涂刷技術涂刷技術 涂刷技術基本要素涂刷技術基本要素： 5 5、涂刷速率、涂刷速率 涂刷速率合適，保證膜層的均勻性。涂刷速率合適，保證膜層的均勻性。 4.5 4.5 涂刷技術涂刷技術 涂刷技術基本工藝過程涂刷技術基本工藝過程： 1

23、1、油墨通過涂刷均勻涂在緩沖層、油墨通過涂刷均勻涂在緩沖層PEDOT-PSSPEDOT-PSS上；上； 2、將襯底加熱到、將襯底加熱到50度，使溶劑快速揮發(fā)；度，使溶劑快速揮發(fā)； 3、加熱到、加熱到110度退火度退火7min，使聚合物排列更整，使聚合物排列更整 齊。齊。 4.5 4.5 涂刷技術涂刷技術 其他薄膜技術其他薄膜技術： 1 1、刮片法；、刮片法； 2、旋涂法；、旋涂法； 3、浸涂。、浸涂。 4.5 4.5 涂刷技術涂刷技術 涂刷技術與其他薄膜技術對比涂刷技術與其他薄膜技術對比： 1 1、涂刷技術制備的薄膜均勻性好及工藝穩(wěn)定重涂刷技術制備的薄膜均勻性好及工藝穩(wěn)定重 復性好；因而電池的

24、轉(zhuǎn)換效率要高，且轉(zhuǎn)換效復性好；因而電池的轉(zhuǎn)換效率要高，且轉(zhuǎn)換效 率波動小。率波動小。 4.5 4.5 涂刷技術涂刷技術 涂刷技術與其他薄膜技術對比涂刷技術與其他薄膜技術對比： 體異質(zhì)結是一種雙連續(xù)穿插網(wǎng)絡。體異質(zhì)結是一種雙連續(xù)穿插網(wǎng)絡。 4.6 4.6 有機柔性電池的產(chǎn)業(yè)化有機柔性電池的產(chǎn)業(yè)化 進來有機太陽能電池效率發(fā)展進來有機太陽能電池效率發(fā)展： 在在2011年年7月，加州大學洛杉磯分校加州納月，加州大學洛杉磯分校加州納 米技術研究院。制成的設備具有新的米技術研究院。制成的設備具有新的“串聯(lián)串聯(lián)” 結構，可以結合多個電池，具有不同的吸收頻結構，可以結合多個電池，具有不同的吸收頻 段。這種設備

25、認證的光電轉(zhuǎn)換效率是段。這種設備認證的光電轉(zhuǎn)換效率是8.62。 進一步，研究人員集成了一種新的紅外吸進一步，研究人員集成了一種新的紅外吸 收高分子材料，這種材料的開發(fā)者是日本住友收高分子材料，這種材料的開發(fā)者是日本住友 化學公司，光電轉(zhuǎn)換效率躍升至化學公司，光電轉(zhuǎn)換效率躍升至10.6。 4.6 4.6 有機柔性電池的產(chǎn)業(yè)化有機柔性電池的產(chǎn)業(yè)化 有機太陽能電池效率提升方向有機太陽能電池效率提升方向 4.6 4.6 有機柔性電池的產(chǎn)業(yè)化有機柔性電池的產(chǎn)業(yè)化 有機太陽能電池效率提升方向有機太陽能電池效率提升方向 1、使聚合物形成小于、使聚合物形成小于10納米的納米結構，排列納米的納米結構，排列 更加

26、整齊有序；更加整齊有序； 2、開發(fā)窄帶隙聚合物（、開發(fā)窄帶隙聚合物（1ev），提高導電性），提高導電性 （載流子遷移率）；（載流子遷移率）； 3、提高施主、受主界面能級差，有效分離電子、提高施主、受主界面能級差，有效分離電子 -空穴（激子）；空穴（激子）； 4.6 4.6 有機柔性電池的產(chǎn)業(yè)化有機柔性電池的產(chǎn)業(yè)化 美國科納卡美國科納卡(Konarka)公司公司-有機柔性電池有機柔性電池 6.2 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 8、納米天線太陽能電池技術、納米天線太陽能電池技術： 采用納米材料結構，利用光是一種電磁波，采用納米材料結構，利用光是一種電磁波， 利用天線對電磁波吸收的原理制

27、成。利用天線對電磁波吸收的原理制成。 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1 1、第三代太陽能電池技術的類型、第三代太陽能電池技術的類型 2 2、各種太陽能電池技術的特點、各種太陽能電池技術的特點 3 3、量子點和量子阱太陽能電池、量子點和量子阱太陽能電池 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 量子點太陽能電池量子點太陽能電池量子點材料：量子點材料： 量子點量子點(QuantumDots一一QDs)是準零維的是準零維的 納米材料，由少量的原子所構成。是指顆粒半納米材料，由少量的原子所構成。是指顆粒半 徑徑(或三個維度的尺寸或三個維度的尺寸)小于材料激子玻爾半徑的

28、小于材料激子玻爾半徑的 金屬或半導體顆粒，因此量子點又被稱為金屬或半導體顆粒，因此量子點又被稱為“人人 造原子造原子”。 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 量子點太陽能電池量子點太陽能電池量子點材料特點：量子點材料特點： 1、具有多載流子效應：一個光子產(chǎn)生多個電子、具有多載流子效應：一個光子產(chǎn)生多個電子 -空穴對?？昭▽?。 2、具有熱載流子效應：在量子點中，熱載流子、具有熱載流子效應：在量子點中，熱載流子 冷卻速率會戲劇性地減少。冷卻速率會戲劇性地減少。 3、具有多帶隙的特征。、具有多帶隙的特征。 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 量子點太陽能的結構類型：量子點太陽能的結構類型

29、： 1、PiN結構量子點太陽能電池。結構量子點太陽能電池。 2、染料敏化量子點太陽能電池染料敏化量子點太陽能電池。 3、量子點分布在有機物太陽能電池中。量子點分布在有機物太陽能電池中。 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 量子點太陽能電池結構類型及特點：量子點太陽能電池結構類型及特點： 1、PiN結構量子點太陽能電池。結構量子點太陽能電池。 量子點結構位于電池的量子點結構位于電池的i層。起到吸收太陽層。起到吸收太陽 能光，產(chǎn)生載流子的作用。能光，產(chǎn)生載流子的作用。 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 量子點太陽能電池結構類型及特點：量子點太陽能電池結構類型及特點： 2、染料敏化量子

30、點太陽能電池。、染料敏化量子點太陽能電池。 量子點敏化電池是用量子點替代染料分子。量子點敏化電池是用量子點替代染料分子。 相對于染料分子，量子點具有光學特性可調(diào)、相對于染料分子，量子點具有光學特性可調(diào)、 與固態(tài)空穴導體形成更好的異質(zhì)結、以及具有與固態(tài)空穴導體形成更好的異質(zhì)結、以及具有 多載流子效應等優(yōu)勢。多載流子效應等優(yōu)勢。 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 量子點太陽能電池結構類型及特點：量子點太陽能電池結構類型及特點： 2、染料敏化量子點太陽能電池。、染料敏化量子點太陽能電池。 量子點敏化疊層電池，采用不同帶隙寬度量子點敏化疊層電池，采用不同帶隙寬度 的量子點材料吸收不同波段的太陽

31、光。的量子點材料吸收不同波段的太陽光。 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 量子點太陽能電池結構類型及特點：量子點太陽能電池結構類型及特點： 3、量子點分布在有機物太陽能電池中。、量子點分布在有機物太陽能電池中。 量子點分散在電子導電聚合物和空穴導電量子點分散在電子導電聚合物和空穴導電 聚合物的混合物中（是基于量子點發(fā)光二極管聚合物的混合物中（是基于量子點發(fā)光二極管 的反結構）。的反結構）。 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1 1、第三代太陽能電池技術的類型、第三代太陽能電池技術的類型 2 2、各種太陽能電池技術的特點、各種太陽能電池技術的特點 3 3、量

32、子點和、量子點和量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 量子阱太陽能電池結構類型：量子阱太陽能電池結構類型： 1、量子阱電池采用、量子阱電池采用p-i-n結構結構； 2、i層為電池的吸光材料，采用量子阱結構；層為電池的吸光材料，采用量子阱結構； 3、量子阱是厚度滿足某種條件的薄膜，包括多、量子阱是厚度滿足某種條件的薄膜，包括多 層交替分布的勢壘層和勢阱層層交替分布的勢壘層和勢阱層 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 量子阱太陽能電池結構類型：量子阱太陽能電池結構類型： 4、i層能帶結構層能帶結構 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 應力平衡量子阱

33、太陽能電池特點：應力平衡量子阱太陽能電池特點： 1、吸光范圍可以調(diào)節(jié)，易于做成多結疊層、吸光范圍可以調(diào)節(jié)，易于做成多結疊層； 2、晶體結構缺陷少；、晶體結構缺陷少； 3、在高倍（大、在高倍（大200倍）聚光應用的情況下，能倍）聚光應用的情況下，能 夠重新吸收輻射復合發(fā)出的光子發(fā)電；夠重新吸收輻射復合發(fā)出的光子發(fā)電； 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 應力平衡量子阱太陽能電池特點：應力平衡量子阱太陽能電池特點： 4、具有更高的開路電壓，因為飽和電流低、具有更高的開路電壓，因為飽和電流低。 6.3 納米太陽能電池納米太陽能電池 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1 1、納米太陽能電池概念、納米太陽能電

34、池概念 2 2、納米太陽能電池種類、納米太陽能電池種類 3 3、納米太陽能電池優(yōu)點、納米太陽能電池優(yōu)點 6.3 納米太陽能電池納米太陽能電池 納米太陽能電池概念納米太陽能電池概念 將納米技術應用于太陽能電池或太陽能電將納米技術應用于太陽能電池或太陽能電 池中具有納米結構，都可叫納米太陽能電池。池中具有納米結構，都可叫納米太陽能電池。 6.3 納米太陽能電池納米太陽能電池 納米太陽能電池種類納米太陽能電池種類 1 1、鉑（、鉑（PtPt）電極納米化）電極納米化 2 2、叢林狀或織物狀砷化鎵（、叢林狀或織物狀砷化鎵（GaAsGaAs）納米線作為）納米線作為 吸光層吸光層 3 3、采用納米金顆粒對透

35、明導電膜進行改性、采用納米金顆粒對透明導電膜進行改性 4 4、叢林狀納米片砷化銦（叢林狀納米片砷化銦（InAs）作吸光層）作吸光層 6.3 納米太陽能電池納米太陽能電池 納米太陽能電池優(yōu)點納米太陽能電池優(yōu)點 1 1、增加太陽光的吸收、增加太陽光的吸收 2 2、減少電極材料消耗、減少電極材料消耗 3 3、改善透明導電膜的性能，如厚度、導電率及、改善透明導電膜的性能，如厚度、導電率及 柔性柔性 4 4、縮短載流子收集距離，減少能量損失縮短載流子收集距離，減少能量損失 5、減低對襯底的要求、減低對襯底的要求 6.4石墨烯太陽能電池石墨烯太陽能電池 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1 1、石墨烯材料特點、石墨烯

36、材料特點 2 2、石墨烯在太陽能電池中的應用、石墨烯在太陽能電池中的應用 6.4石墨烯太陽能電池石墨烯太陽能電池 石墨烯材料特點：石墨烯材料特點： 1 1、結構特點，具有六角形兩維晶格排列單原子、結構特點，具有六角形兩維晶格排列單原子 層薄膜結構，厚度只有層薄膜結構，厚度只有0.20.2納米納米 2 2、電子運動非?？?，導電率極高、電子運動非常快，導電率極高 3、物理、化學性質(zhì)穩(wěn)定、物理、化學性質(zhì)穩(wěn)定 4、制備工藝簡單，大規(guī)模生產(chǎn)成本低、制備工藝簡單，大規(guī)模生產(chǎn)成本低 6.4石墨烯太陽能電池石墨烯太陽能電池 石墨烯在太陽能電池中應用：石墨烯在太陽能電池中應用： 1 1、用作透明導電膜、用作透明導電膜 2 2、用作電池吸光材料，帶隙為、用作電池吸光材料，帶隙為0.26eV0.26eV，效率有，效率有 待于進一步提高待于進一步提高 6.5 納米天線太陽能電池納米天線太陽能電池 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1 1、納米天線太陽能電池概念、納米天線太陽能電池概念 2 2、