有機(jī)電池的原理與發(fā)展

1、 寧波大學(xué)理學(xué)院 張科張科有機(jī)太陽(yáng)能電池的有機(jī)太陽(yáng)能電池的 原理結(jié)構(gòu)與發(fā)原理結(jié)構(gòu)與發(fā)展展 Organic Solar Cells 有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的原理有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu) 有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景 有機(jī)太陽(yáng)能電池發(fā)展歷程發(fā)展歷程：發(fā)展歷程：1958：第一個(gè)有機(jī)光電轉(zhuǎn)化器件由Kearns和Calvin制備成功，其主要材料為鎂酞菁（MgPc），夾在兩個(gè)功函數(shù)不同的電極之間。在那個(gè)器件上，他們觀測(cè)到了200 mV的開路電壓。1986：華人鄧青云博士，改進(jìn)了器件核心結(jié)構(gòu)，由四羧基苝的一種衍生物（PV）和銅酞菁（CuPc）組成的雙層膜。他制備的太陽(yáng)能電池，光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到1左右。

2、 2000年，5.R.Forrest研究小組通過在有機(jī)小分子制備的雙層結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池器件的有機(jī)層和金屬陰極之間插入BCP(Bathocuproine)薄膜層，使得器件的光電轉(zhuǎn)換效率提高到了2.4%， 2005年，A.J.Heeger等人采用在制備電極后再對(duì)器件進(jìn)行熱退火處理的方法有效地提高了轉(zhuǎn)換效率，使轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了5%。 2007 年，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的 Alan J. Heeger 教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組所制造的串聯(lián)有機(jī)太陽(yáng)能電池，光電轉(zhuǎn)換效率在實(shí)驗(yàn)室條件下達(dá)到了 6.5% 2009年 2 月，日本住友化學(xué)也宣布獲得了 6.5%的轉(zhuǎn)換效率；同年 10 月，Solarmer Energy 公司

3、又將這一效率提高至 7.6%一、有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的原理一、有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的原理有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池主要是利用有機(jī)高聚物將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷Ｓ袡C(jī)太陽(yáng)能電池材料：根據(jù)電荷的傳輸有機(jī)空穴傳輸材料（P型,電子給體簡(jiǎn)稱為D，Donor）有機(jī)電子傳輸材料（N 型，電子受體簡(jiǎn)稱為A，Acceptor） 德國(guó)Heliatek公司于2013年1月16日宣布，該公司開發(fā)出了效率為12.0的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池（OPV）。在OPV中，12的效率可以說是全球最高值，此前的最高值是三菱化學(xué)公司的11.0 有機(jī)聚合物太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換過程包括：(a) 活躍層吸收光子，產(chǎn)生激子(結(jié)合的電子-空穴對(duì))(b)激子

4、然后擴(kuò)散到給體/受體界面(c)它解離為電子和空穴。(d)分離電荷是運(yùn)送到各自的電極,即電子陰極和空穴陽(yáng)極。 轉(zhuǎn)換過程和損失機(jī)制absorption excition diffusioncharge dissociationcharge transport charge collection光電轉(zhuǎn)化過程 與無(wú)機(jī)異質(zhì)結(jié)電池區(qū)別1、自由的電子和空穴2、內(nèi)置電場(chǎng)下的電子和空穴的移動(dòng)3、擴(kuò)散長(zhǎng)度長(zhǎng)1、激子連接緊密，界面分離2、載流子經(jīng)由電荷在不同分子間“跳躍”載流子遷移率低3、激子壽命短，擴(kuò)散長(zhǎng)度短，10nm二、有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的二、有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)基于肖特基接觸與鋁接觸的單層器件這種單層器件激子的分離效率低。光激發(fā)形成的激子，只有在肖特基結(jié)的擴(kuò)散層內(nèi)，依靠節(jié)區(qū)的電場(chǎng)作用才能得到分離。而有機(jī)染料內(nèi)激子的遷移距離相當(dāng)有限，通常小于10nm。1、單層結(jié)構(gòu)1986年，柯達(dá)公司的鄧青云博士制備了四羧基苝的一種衍生物（PV）和酞菁銅（CuPc）組成的雙層膜異質(zhì)結(jié)器件，用兩種有機(jī)半導(dǎo)體材料來模仿無(wú)機(jī)異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池，光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到1左右雙層結(jié)構(gòu)的有機(jī)太陽(yáng)能電池原理圖2、雙層結(jié)構(gòu)3、體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)把給體受體材料同時(shí)溶于有機(jī)物，再制成薄膜方法，制成了體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)（給體受體電荷互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）。19