有机太阳能电池材料.ppt

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1、有机太阳能电池材料目录1、有机太阳能电池材料的研究背景；2、有机太阳能电池材料的工作原理；3、有机太阳能电池材料的种类；4、有机太阳能电池材料的材料研究；5、总结和展望1、有机太阳能电池材料的研究背景太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁可再生能源。基于此，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，通过开发太阳能资源来寻求新动力。在众多太阳能的利用方式中，太阳能电池被认为是最有前途的，然而无机太阳能电池因其本身缺陷而受到限制。当今，能源短缺和环境污染两大问题已成为制约国际社会经济发展的主要问题。太阳能电池的制作主要是以半导体材料为基础，利用光电材料吸收光能后发

2、生光电于转换反应。硅太阳能电池以无机盐如硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池有机功能高分子大阳能电池纳米晶太阳能电池有机太阳能电池具有柔性好，重量轻，生产成本低廉等特点已成为光伏领域研究的热点之一。有机太阳能电池可以采用溶液处理的方法制作成器件，改变传统太阳能电池的制作工艺，具有广阔的应用前景。近年来，有机太阳能电池的光电转化效率具有突破性的提高。2001年有机太阳能电池光电转化效率仅为2.5%，2011年servic研究小组制成有效面积1cm2的有机太阳能电池%其光电转化效率已经超过10%。近年来有机太阳能电池的光电转化效率变化趋势如图所示：2、

3、有机太阳能电池材料的工作原理有机太阳能电池按结构可分为：(1)、单质结结构；(2)、p-n异质结结构；(3)、p-n本体异质结结构。单质结结构的有机太阳能电池其电池结构为：玻璃/金属电极/染料/金属电极，两端为2种功函不同的电极，中间为一单一的有机半导体层。其工作原理为：两个电极的功函差或金属与有机材料接触而形成的肖特基势垒产生内电场。电子从低功函的金属电极穿过有机层到达高功函电极，在内电场作用下形成光电流。由于电子与空穴在同一材料中传输，复合几率较大，所以单质结结构有机太阳能电池的光电转换效率低。2.1、单质结结构2.2、p-n异质结结构p-n异质

4、结结构有机太阳能电池电池结构为：玻璃/ITO/n-染料/p-染料/金属电极。与单质结结构有机太阳能电池相比，其光电转换效率高，因为供体-受体异质结结构的存在。其工作原理为：(1)供体材料吸收太阳光产生激子，(2)激子迁移到供体-受体界面，然后通过电子的传输过程使得激子分离出空穴和电子，(3)在内电场的作用下自由载流子迁移到各自的电极上。D/A界面能提高激子的分离效率，此外，电子和空穴分别在不同的材料中传输，使得复合几率降低，提高光电转换效率。但这种结构也有缺陷，由于有效的电荷分离只能发生在D/A界面处，使吸收光子的数量受到限制，因此此类有机太阳能电池

5、的光电转化效率仍然不高。2.3、p-n本体异质结结构p-n本体异质结有机太阳能电池电池结构为：玻璃/ITO/A+D混合材料/金属电极。结构中供体和受体分子紧密接触，形成D-A连接网络，增加了D/A接触面积，形成无数小的p-n结，分别建立起空穴和电子传输通道，从而提高光电转化效率。但这种结构也有缺陷，由于固态相容性不好，容易发生相分离从而破坏器件的性能。3、有机太阳能电池材料的种类有机太阳能电池根据供体材料可分为有机小分子太阳能电池和有机聚合物太阳能电池。有机小分子由于分子结构明确的、分子量固定、且有较高的纯度和较好的重复性，使其在有机太阳能电池中备受

6、受青睐。其中给体-受体(D-A)型有机小分子材料成为了有机太阳能电池研究的新的增长点，因为其吸收光谱较宽、空气稳定性好、还易于调节的能级水平和光电性质。目前，性能较好，研究最多的给体-受体(D-A)型有机小分子材料有以下几类：(1)2,1,3-苯并噻二唑类给-受体有机小分子。基于该单元构建的可溶液加工的D-A型小分子的最高光电转换效率高达4.3%；(2)氰基类给体-受体有机小分子。目前基于单氰基构建的可溶液加工有机小分子太阳能电池的最高光电转换效率高达3.82%；基于丙二氰基的给体-受体有机小分子获得体异质结太阳能电池的最高Voc为1.07V，最高光

7、电转换效率为5.08%；基于2-吡喃-4-亚基丙二氰构建的给体-受体有机小分子体异质结太阳能电池的最高光电转换效率为2.47%。(3)基于吡咯并吡咯二酮构建的给体-受体有机小分子，其可溶液加工的D-A型小分子的最高光电转换效率高达4.4%。(4)基于份菁、硼络合二吡咯和方酸构建的给体-受体有机小分子，实现了目前有机小分子体异质结太阳能电池的最高光电转换效率5.5%。总的来说，最近几年科研工作者们对有机小分子子有机体异质结太阳能电池中的应用倾注了大量的心血，使得其光电转换效率得到了极大地提升，距离有机太阳电池工业化的脚步也越来越近。4.1应用于有机太阳

8、能电池的小分子材料4、有机太阳能电池材料的材料研究小分子光伏材料由于具有纯度高、易合成等优点，成为研究光伏器