有机石墨烯阳极太阳能电池对优缺点.ppt

石墨烯电极有机太阳能电池 一、太阳能电池的原理及基本构造 能级、能带理论 光伏效应 二、石墨烯电极的特点及制备方法 石墨烯的物理化学性质 较传统电极材料的优缺点 石墨烯电极的后序处理 三、石墨烯电极与铟锡氧化物电极的性能比较 太阳能电池的评价指标 透射度及薄板阻力与石墨烯薄板厚度、光波 波长的关系 石墨烯电极与铟锡氧化物电极在不同工况下的性能比较 太阳能电池的原理波尔能级（ Energy level ）理论 ①基态 在正常状态下，原子处于最低能级，电子在离核最近的轨道上运动的定态称为基态． ②激发态 原子吸收能量后从基态跃迁到较高能级，电子在较远的轨道上运动的定态称为激发态 ③原子在不同的状态下有着不同的分立数值的能量，也就是原子的能量量子化 ④跃迁假设 电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波，但电子在两个不同定态间发生跃迁时，却要辐射（或吸收）电磁波（光子），其频率由两个定态的能量差值决定 hν=△E 太阳能电池的工作原理——光伏效应 “光伏效应”（Photovoltaic effect）指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程，如果两者之间连通，就会形成电流的回路。 单个原子的能级是分立的，N个相距无限远的原子能级也是分立的，当固体中N个原子紧密排列时，由于原子间的相互作用，原来同一大小的能级这时彼此数值上就有小的差异。同一能级就分裂成为一系列和原来能级很接近的仍包含N个能量的新能级。这些新能级基本上连成一片形成能带。 光伏效应的微观解释 固体材料的能带结构由多条能带组成，能带分为传导带（简称导带）、价电带（简称价带）和禁带等，导带和价带间的空隙称为能隙（禁带宽度）。能带结构可以解释固体中导体、半导体、绝缘体三大类区别的由来。材料的导电性是由“传导带”中含有的电子数量决定。当电子从“价带”获得能量而跳跃至“传导带”时，电子就可以在带间任意移动而导电。 一般常见的金属材料，因为其传导带与价带之间的“能隙”非常小，在室温下电子很容易获得能量而跳跃至传导带而导电，而绝缘材料则因为能隙很大（通常大于9电子伏特），电子很难跳跃至传导带，所以无法导电。一般半导体材料的能隙约为1至3电子伏特，介于导体和绝缘体之间。因此只要给予适当条件的能量激发，或是改变其能隙之间距，此材料就能导电 半导体价带中的大量电子都是价键上的电子（称为价电子），不能够导电，即不是载流子。只有当价电子跃迁到导带（即本征激发）而产生出自由电子和自由空穴后，才能够导电。空穴实际上也就是价电子跃迁到导带以后所留下的价键空位（一个空穴的运动就等效于一大群价电子的运动）。因此，禁带宽度的大小实际上是反映了价电子被束缚强弱程度的一个物理量，也就是产生本征激发所需要的最小能量。 太阳光谱图 太阳能电池的发电原理是基于光伏效应(Photovoltaic Effect)由太阳光与材料相互作用而产生电势。不同的材料吸收不同波段光谱的能量 有机太阳能电池的基本构造 单质结有机太阳能电池是研究最早的有机太阳能电池 , 其结构为: 玻璃/电极/有机层/电极(图 a). 电极一般都是氧化铟锡(ITO)和功函数低的金属 Al, Ca, Ag,Mg 等. 对于单层结构的电池来说, 其内建电场源于两个电极的功函数差或者金属与有机材料接触而形成的肖特基势垒. 功函数（又称功函、逸出功 Work function）是指要使一粒电子立即从固体表面中逸出，所必须提供的最小能量（通常以电子伏特为单位） 当分子二聚或高聚时，两个分子的分子轨道之间的相互作用会引起HOMO与LUMO的分裂。当分子相互作用时，每一个能级分裂成彼此能量相距很小的振动能级。当有足够的分子使得这种相互作用足够强烈时（如在高聚物中），这些振动能级的差距变得很小，使得它们的能量几乎可以看成是连续的，称其为能带。通过改变聚合物等分子的长度和官能团可以改变有机分子的能隙 HOMO和LUMO分别指最高占据分子轨道（Highest Occupied Molecular Orbital）和最低未占分子轨道（Lowest Unoccupied Molecular Orbital）。HOMO与LUMO之间的能量差称为“能带隙”，有时可以用来衡量一个分子是否容易被激发：带隙越小，分子越容易被激发。 在有机半导体和量子点中的HOMO与无机半导体中的价带类似，而LUMO则与导带类似。 肖特基势垒 石墨烯的特点 石墨烯：目