有機(jī)太陽(yáng)能電池PPT精品文檔

1、靜思篤行 持中秉正 第一PPT 1有機(jī)太陽(yáng)能電池Organic Photovoltage報(bào)告人 ：劉承奔2017.10靜思篤行 持中秉正 第一PPT 1 1、OPV簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介2 2、OPV制備制備3 3、OPV分類(lèi)分類(lèi)4 4、OPV工作原理工作原理 目目 錄錄 ContentsContents5 5、存在問(wèn)題及原因、存在問(wèn)題及原因有機(jī)太陽(yáng)能電池（Organic Photovoltage）靜思篤行 持中秉正 第一PPT 1 1、OPVOPV簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介2 2、OPVOPV制備制備3 3、OPVOPV分類(lèi)分類(lèi)4 4、OPVOPV工作原理工作原理5 5、存在問(wèn)題及原因、存在問(wèn)題及原因 目目 錄錄 Cont

2、entsContents有機(jī)太陽(yáng)能電池（Organic Photovoltage）靜思篤行 持中秉正 第一PPT 資料卡片資料卡片 一、一、OPV簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介給體給體/受體受體年代年代填充因子填充因子FF (%)能量轉(zhuǎn)換效率能量轉(zhuǎn)換效率 (%)研究小組研究小組CuPc銅酞菁銅酞菁/PV四羧基苝四羧基苝1986651TangPOPT/CN-PPV199860-702Hall/FriendMDMO-PPV/PCBM-C60200150-602.5SariciftciP3HT/PCBM-C60200260-702.8BrabecMDMO-PPV/PCBM-C60200370-803.0JanssenCu

3、Pc/C60200450-605ForrestP3HT/PCBM200560-805YangP3HT/PCBM-C602007676.5Heeger有機(jī)太陽(yáng)能電池（Organic Photovoltage）OPV發(fā)展歷程發(fā)展歷程靜思篤行 持中秉正 第一PPT 資料卡片資料卡片 一、一、OPV簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介有機(jī)太陽(yáng)能電池（Organic Photovoltage）美國(guó)加州伯克利分?？茖W(xué)家在美國(guó)加州伯克利分?？茖W(xué)家在2002年利用塑料納米技術(shù)研制出第一代年利用塑料納米技術(shù)研制出第一代塑料太陽(yáng)能電池，可以安裝在一系塑料太陽(yáng)能電池，可以安裝在一系列便攜式設(shè)備及可穿戴式電子設(shè)備列便攜式設(shè)備及可穿戴式電子設(shè)備上

4、上, 提供提供0.7V的電壓。的電壓。特點(diǎn)：價(jià)格低、易成型，通過(guò)化學(xué)特點(diǎn)：價(jià)格低、易成型，通過(guò)化學(xué)修飾調(diào)控性能。修飾調(diào)控性能。OPV發(fā)展歷程發(fā)展歷程靜思篤行 持中秉正 第一PPT 資料卡片資料卡片 一、一、OPV簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 1. 由少數(shù)幾種元素組成由少數(shù)幾種元素組成 C、H、O、N、S、P、X 2. 形成形成 一般有鏈和環(huán)一般有鏈和環(huán) 3. 有同分異構(gòu)體、立體異構(gòu)體有同分異構(gòu)體、立體異構(gòu)體 如如 ： C63H90N14PCo OPV在有機(jī)組成上的特點(diǎn)在有機(jī)組成上的特點(diǎn) 可代表：維生素可代表：維生素B12 葉綠素葉綠素 牛胰島素（牛胰島素（51肽）等肽）等 有機(jī)太陽(yáng)能電池（Organic Phot

5、ovoltage）靜思篤行 持中秉正 第一PPT 資料卡片資料卡片 一、一、OPV簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介OPV的優(yōu)缺點(diǎn)的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 成本低成本低 質(zhì)量輕質(zhì)量輕 材料來(lái)源廣泛材料來(lái)源廣泛 制備工藝簡(jiǎn)單制備工藝簡(jiǎn)單 可做在柔性襯底上可做在柔性襯底上 可大面積生產(chǎn)可大面積生產(chǎn) 材料光電特性可調(diào)整材料光電特性可調(diào)整缺點(diǎn)缺點(diǎn) 效率低效率低 壽命短壽命短有機(jī)太陽(yáng)能電池（Organic Photovoltage）靜思篤行 持中秉正 第一PPT 1 1、OPVOPV簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介2 2、OPVOPV制備制備3 3、OPVOPV分類(lèi)分類(lèi)4 4、OPVOPV工作原理工作原理5 5、存在問(wèn)題及原因、存在問(wèn)題及原因 目目 錄錄 C

6、ontentsContents有機(jī)太陽(yáng)能電池（Organic Photovoltage）靜思篤行 持中秉正 第一PPT 資料卡片資料卡片 二、二、OPVOPV制備制備 有機(jī)薄膜制作方法有機(jī)薄膜制作方法 膜厚由轉(zhuǎn)速、溶劑、組成成分和濃度決定膜厚由轉(zhuǎn)速、溶劑、組成成分和濃度決定 刮刀刀片刮刀刀片絲網(wǎng)印刷絲網(wǎng)印刷旋涂旋涂有機(jī)太陽(yáng)能電池（Organic Photovoltage）靜思篤行 持中秉正 第一PPT 1 1、OPVOPV簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介2 2、OPVOPV制備制備3 3、OPVOPV分類(lèi)分類(lèi)4 4、OPVOPV工作原理工作原理5 5、存在問(wèn)題及原因、存在問(wèn)題及原因 目目 錄錄 ContentsCon

7、tents有機(jī)太陽(yáng)能電池（Organic Photovoltage）靜思篤行 持中秉正 第一PPT 資料卡片資料卡片 三、三、OPV分類(lèi)分類(lèi)單層太陽(yáng)能電池單層太陽(yáng)能電池（肖特基型）（肖特基型）半透明金屬電極層（或半透明金屬電極層（或ITO）有機(jī)層有機(jī)層金屬電極層金屬電極層Glass雙層太陽(yáng)能電池雙層太陽(yáng)能電池體摻雜太陽(yáng)能電池體摻雜太陽(yáng)能電池陰極陰極ADGlass陰極陰極DAGlass有機(jī)太陽(yáng)能電池（Organic Photovoltage）靜思篤行 持中秉正 第一PPT 1 1、OPVOPV簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介2 2、OPVOPV制備制備3 3、OPVOPV分類(lèi)分類(lèi)4 4、OPVOPV工作原理工作原理5

8、5、存在問(wèn)題及原因、存在問(wèn)題及原因 目目 錄錄 ContentsContents有機(jī)太陽(yáng)能電池（Organic Photovoltage）靜思篤行 持中秉正 第一PPT 資料卡片資料卡片HOMOHOMOLUMOLUMO下電極下電極上電極上電極給體給體受體受體 h真空真空吸收光子產(chǎn)生激子吸收光子產(chǎn)生激子 (電子空穴對(duì)電子空穴對(duì))激子在給體受體界面分離激子在給體受體界面分離自由電子和空穴傳輸并被兩極收集自由電子和空穴傳輸并被兩極收集電荷產(chǎn)生，傳輸和收集電荷產(chǎn)生，傳輸和收集OPV工作原理工作原理有機(jī)太陽(yáng)能電池（Organic Photovoltage） 四、四、OPV工作原理工作原理靜思篤行 持中秉

9、正 第一PPT 資料卡片資料卡片五個(gè)關(guān)鍵步驟五個(gè)關(guān)鍵步驟 激子擴(kuò)散：激子擴(kuò)散：激子的擴(kuò)散長(zhǎng)度應(yīng)該至少等于薄膜的厚度激子的擴(kuò)散長(zhǎng)度應(yīng)該至少等于薄膜的厚度 ，否則激子就會(huì)，否則激子就會(huì) 發(fā)生復(fù)合，造成吸收光子的浪費(fèi)。發(fā)生復(fù)合，造成吸收光子的浪費(fèi)。 電荷分離：電荷分離：對(duì)于單層器件，激子在電極與有機(jī)半導(dǎo)體界面處離化，對(duì)于對(duì)于單層器件，激子在電極與有機(jī)半導(dǎo)體界面處離化，對(duì)于 雙層器件，激子在施主與受主界面形成的雙層器件，激子在施主與受主界面形成的p-n結(jié)處離化。結(jié)處離化。 電荷傳輸：電荷傳輸：在有機(jī)材料中，電荷的傳輸是定域態(tài)間的跳躍，而不是能帶在有機(jī)材料中，電荷的傳輸是定域態(tài)間的跳躍，而不是能帶 內(nèi)的

10、傳輸，這意味著有機(jī)材料和聚合物材料中載流子的內(nèi)的傳輸，這意味著有機(jī)材料和聚合物材料中載流子的遷移率遷移率通常都比通常都比 無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料的低。無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料的低。 電荷收集：電荷收集：電荷收集效率是影響光伏器件功率轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵因素，金電荷收集效率是影響光伏器件功率轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵因素，金 屬與半導(dǎo)體接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)阻擋層，阻礙電荷順到達(dá)金屬電極。屬與半導(dǎo)體接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)阻擋層，阻礙電荷順到達(dá)金屬電極。光子吸收光子吸收：在大部分有機(jī)太陽(yáng)能電池中，因?yàn)椴牧系膸哆^(guò)高，只有一在大部分有機(jī)太陽(yáng)能電池中，因?yàn)椴牧系膸哆^(guò)高，只有一小部分入射光被吸收，吸收只能達(dá)到小部分入射光被吸收，吸收只能達(dá)到30左右

11、。左右。43215有機(jī)太陽(yáng)能電池（Organic Photovoltage） 四、四、OPV工作原理工作原理靜思篤行 持中秉正 第一PPT 資料卡片資料卡片有機(jī)太陽(yáng)能電池特性參數(shù)有機(jī)太陽(yáng)能電池特性參數(shù)短路電流短路電流Isc 太陽(yáng)電池在短路條件下的工作電流稱(chēng)為短路光電流太陽(yáng)電池在短路條件下的工作電流稱(chēng)為短路光電流(Isc)開(kāi)路電壓開(kāi)路電壓Voc 太陽(yáng)電池在開(kāi)路條件下的輸出電壓稱(chēng)為開(kāi)路光電壓太陽(yáng)電池在開(kāi)路條件下的輸出電壓稱(chēng)為開(kāi)路光電壓(Voc)填充因子填充因子FF FF=VmIm/VocIsc能量轉(zhuǎn)換效率能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)： 量子效率量子效率 太陽(yáng)電池受光面積的最大輸出功率太陽(yáng)電池受光面積的最

12、大輸出功率(Pmax)與入射的太陽(yáng)光能量密度與入射的太陽(yáng)光能量密度(P in)的百的百 分比。分比。PinVJFFPinSIVPCEocsc?有機(jī)太陽(yáng)能電池（Organic Photovoltage） 四、四、OPV工作原理工作原理靜思篤行 持中秉正 第一PPT 資料卡片資料卡片 四、四、OPV工作原理工作原理 半透明金屬電極層（或半透明金屬電極層（或ITO）有機(jī)層有機(jī)層金屬電極層金屬電極層光照光照單層太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)圖單層太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)圖Glass單層太陽(yáng)電池原理圖單層太陽(yáng)電池原理圖: workfunction, : electron affinity, IP: ionisation potent

13、ial, Eg: optical bandgap.單層太陽(yáng)能電池（肖特基型）單層太陽(yáng)能電池（肖特基型）有機(jī)太陽(yáng)能電池（Organic Photovoltage）靜思篤行 持中秉正 第一PPT 資料卡片資料卡片 此種結(jié)構(gòu)在此種結(jié)構(gòu)在1986年，由柯達(dá)公司的年，由柯達(dá)公司的C.W.Tang 首先提首先提出提出出提出 (ITO/CuPc銅酞菁銅酞菁/PV四羧基苝四羧基苝/Ag)，其電池轉(zhuǎn)換效率約為，其電池轉(zhuǎn)換效率約為1%陰極陰極ADGlass陽(yáng)極陽(yáng)極光照光照雙層太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)圖雙層太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)圖D：給體：給體A：受體：受體雙層太陽(yáng)電池原理圖雙層太陽(yáng)電池原理圖雙層太陽(yáng)能電池雙層太陽(yáng)能電池有機(jī)太陽(yáng)能電池（

14、Organic Photovoltage） 四、四、OPV工作原理工作原理靜思篤行 持中秉正 第一PPT 資料卡片資料卡片陰極陰極DAGlass陽(yáng)極陽(yáng)極光照光照體摻雜太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)圖體摻雜太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)圖體摻雜太陽(yáng)電池原理圖體摻雜太陽(yáng)電池原理圖體摻雜型太陽(yáng)能電池體摻雜型太陽(yáng)能電池有機(jī)太陽(yáng)能電池（Organic Photovoltage） 四、四、OPV工作原理工作原理靜思篤行 持中秉正 第一PPT 1 1、OPVOPV簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介2 2、OPVOPV制備制備3 3、OPVOPV分類(lèi)分類(lèi)4 4、OPVOPV工作原理工作原理5 5、存在問(wèn)題及原因、存在問(wèn)題及原因 目目 錄錄 ContentsContent

15、s有機(jī)太陽(yáng)能電池（Organic Photovoltage）靜思篤行 持中秉正 第一PPT 資料卡片資料卡片 五、存在問(wèn)題及原因五、存在問(wèn)題及原因高分子材料大都為無(wú)定型與結(jié)晶形態(tài)的混合，分子鏈間作用力高分子材料大都為無(wú)定型與結(jié)晶形態(tài)的混合，分子鏈間作用力較弱。因此高分子材料載流子的較弱。因此高分子材料載流子的遷移率遷移率一般都很一般都很低低。高分子材料的高分子材料的禁帶寬度禁帶寬度EgEg相較于無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料相較于無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料要大的多要大的多。有。有機(jī)高分子的光生載流子是先產(chǎn)生激子，然后再通過(guò)激子的離解機(jī)高分子的光生載流子是先產(chǎn)生激子，然后再通過(guò)激子的離解產(chǎn)生自由載流子，載流子容易成對(duì)復(fù)合，最后使光電流降低。產(chǎn)生自由載流子，載流子容易成對(duì)復(fù)合，最后使光電流降低。 共軛聚合物摻雜均為共軛聚合物摻雜均為高濃度摻雜高濃度摻雜。這樣雖然能保證材料具有較。這樣雖然能保證材料具有較高的電導(dǎo)率，但高的電導(dǎo)率，但載流子的壽命與摻雜濃度成反比載流子的壽命與摻雜濃度成反比，隨著摻雜濃，隨著摻雜濃度的提高，光生載流子被陷阱俘獲的概率增大，導(dǎo)致電池的光度的提高，光生載流