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有机太阳能电池 景广华 提纲 太阳能电池的定义 太阳能电池的种类 有机太阳能电池简介 有机太阳能电池的优势和不足 有机太阳能电池的发展现状 有机太阳能电池的发展前景 太阳能电池的定义 太阳能电池是太阳能光伏发电的基础和核心，是一种利用光生伏打效应把光能转变为电能的器件。用适当的光照在上边之后器件两端会产生电动势。 典型的太阳电池是一个p-n结半导体二极管。 ◆ p-n结的形成过程 ◆光生载流子－电子／空穴对的产生 ◆ “光生电压”及“光生电流”的产生 太阳能电池的种类 结构分类 同质结(si) 异质结(砷化铝钾-砷化镓异质结) 肖特基(ms电池)现在发展成 mos电池 材料分类 硅太阳能 无机化合物半导体太阳能(硫化镉-硫化亚铜，砷化镓等) 敏化纳米晶太阳能(染料敏化太阳能) 机化合物太阳能 以酞菁 等等为集体材料制成的太阳能(小分子有机物太阳能) 塑料太阳能(高分子多聚物太阳能) 光电转换机理分类 传统(光照直接产生电子空穴对) 激子(光照产生的是激子，有机小分子，染料，多聚物) 材料种类 有机太阳能电池简介 广泛的讲有机太阳能电池主要是利用有机小分子或有机高聚物来直接或间接将太阳能转变为电能的器件。 有机太阳能电池发展简史 有机太阳能电池是一种正在进行研究的新型电池。有机太阳能电池这个概念貌似很新，但其实它的历史也不短——跟硅基太阳能电池的历史差不多 。 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，光电转化效率低得让人都不好意思提 。 1986年，柯达公司的邓青云博士. 光电转化效率达到1％左右。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。 1992年，土耳其人Sariciftci发现，激发态的电子能极快地从有机半导体分子注入到C60分子而反向的过程却要慢得多1993年，Sariciftci在此发现的基础上制成PPV/C60双层膜异质结太阳能电池。此后，以C60为电子受体的双层膜异质结型太阳能电池层出不穷。 研究人员在此类太阳能电池的基础上又提出了一个重要的概念：混合异质结(体异质结) 工作原理和影响因素 光子捕获吸收 能量传输转移 载流子产生 载流子收集 光子捕获及影响因素： 也就是光子到来能够吸收并储存它所携带的能量的部分。（硅，有机物） 影响因素 基板的透光性 能级特性，激发态稳定性，回传速率等 能量传输及影响因素 传统器件： 载流子 激子器件： 激子 迁移率（掺杂） 扩散长度（杂质，缺陷，迁移率，和激发态的寿命，及回传速率） 载流子产生及影响因素 激子器件中由于产生的激子必须扩散到分离点才会变为自由载流子。 激发态寿命 迁移率 界面能级特性 载流子的收集影响因素 激子被分离为载流子之后，必须被电极收集之后传导出去 电极功函数 界面能级状态（复合） 电极表面形态 迁移率 有机物的光化学和物理过程 激子通常寿命很短，很快失活，能量耗散掉失活的途径是多种多样的，他们在互相竞争着。 失活途径： 辐射机制 无辐射机制 辐射机制： 荧光（光——光） 磷光（光——光） 无辐射机制： 物理的：内转换，系间窜穿（光——热） 化学的；单重态反应，三重态反应（光——化学） 光化学和光物理过程 激发态的能量转移： D*+A——D+A* 偶极-偶极能量转移（foster能量转移） 电子交换能量转移（dexter能量转移） 光致电子转移： D*+A——D++A- D+A*——D++A- 激子太阳能器件就是基于不同材料之间的能量和电子转移来实现太阳能到电能的转换的。 器件结构和性能改善 器件基本结构： 其他常见结构： 目前效率比较高的两种电池所用的结构： 分类 有机太阳能按照结构和机理大致分为以下几种类型。 有机肖特基 有机异质结 有机体异质结 染料敏化 染料敏化太阳能示意图 性能的改善 器件结构 退火工艺 成膜工艺 新分子的采用和分子改造 载流子传输层 电极的改进 结构的改进 肖特基 异质结 体异质结 改进体异质结 粒子阻挡层、复合层 退火工艺 退火的应用允许材料进行重新的组织形成一定的晶态和良好的双联通结构，进而改善迁移率，改进器件性能。 温度 时间 影响：短路电流，填充因子（串联，并联电阻）， 开路电压，响应波段。 成膜工艺