聚合物太陽(yáng)能電池綜述-展示頁(yè)
2025-07-04 20:51本頁(yè)面
【正文】 1 月 15 日 聚合物太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展摘要：聚合物太陽(yáng)能電池作為一個(gè)新的研究領(lǐng)域，為能源危機(jī)帶來(lái)了新的希望。本文綜述了聚合物太陽(yáng)能電池的工作原理和結(jié)構(gòu)以及常見(jiàn)的太陽(yáng)能電池材料，著重介紹了近年來(lái)太陽(yáng)能電池新材料的發(fā)展?fàn)顩r，并對(duì)聚合物太陽(yáng)能電池的為來(lái)發(fā)展趨勢(shì)做出展望。聚合物太陽(yáng)能電池相對(duì)于硅基太陽(yáng)能電池，具有柔性、可溶液加工、成本低廉、輕薄、材料的分子結(jié)構(gòu)的可設(shè)計(jì)性等優(yōu)勢(shì)。因此，研究新型聚合物太陽(yáng)能電池材料成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。上個(gè)世紀(jì)五十年代貝爾實(shí)驗(yàn)室首次成功研究出了光電轉(zhuǎn)換效率為6 %的硅太陽(yáng)能電池[1]。但是由于其制作工藝復(fù)雜、制作成本高，要制備大面積的無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池卻面臨種種困難?？茖W(xué)家們?cè)?0世紀(jì)70年代起開(kāi)始探索將一些具有共軛結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物應(yīng)用到太陽(yáng)能電池，由于聚合物太陽(yáng)能電池具有制備工藝簡(jiǎn)單、低成本、質(zhì)量輕、可彎曲和面積大等優(yōu)點(diǎn),進(jìn)而受到各界的廣泛關(guān)注，但是目前聚合物太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率較低，%左右[2]。1聚合物太陽(yáng)能電池的基本知識(shí)1．1 聚合物太陽(yáng)能電池的工作原理：：當(dāng)具有合適能量的光子通過(guò) ITO 玻璃照射到光敏活性層上時(shí), 光敏活性層上的給體或受體材料吸收光子產(chǎn)生激子, 然后激子擴(kuò)散到給體/受體界面并且在那里發(fā)生電荷分離, 進(jìn)而在給體上產(chǎn)生空穴和在受體上產(chǎn)生電子，然后空穴沿給體傳遞到陽(yáng)極并被陽(yáng)極收集, 電子沿受體傳遞到陰極并被陰極收集, 最終產(chǎn)生光電流和光電壓。對(duì)于電子能級(jí)而言, 給體材料應(yīng)該具有比較高的 LUMO和 HOMO 能級(jí), 而受體材料卻應(yīng)該具有較低的 LUMO 和 HOMO 能級(jí), 這樣才能保證在給體 /受體界面上、給體中激子在 LUMO能級(jí)上的電子可以自發(fā)地傳遞到受體的 LUMO能級(jí)上, 受體中激子在 HOMO能級(jí)上的空穴可以自發(fā)地傳遞到給體的 HOMO能級(jí)上, 從而實(shí)現(xiàn)電荷的分離。：：本體異質(zhì)結(jié)型聚合物太陽(yáng)能電池器件的組成：下層是ITO玻璃作為正極，上層是Ca/Al等金屬電極作為負(fù)極，中間是由共軛聚合物給體材料和富勒烯衍生物（PCBM）受體材料的共混膜作為光活性層。(放大圖為活性層雙連續(xù)相的形貌)：： 有機(jī)聚合物太陽(yáng)能光電池的等效電路圖 電流—電壓特性曲線對(duì)于有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池，主要評(píng)價(jià)參數(shù)有以下幾點(diǎn)：（1）開(kāi)路電壓（Voc）：是指聚合物太陽(yáng)能電池在開(kāi)路情況下，電流為零時(shí)的端電壓,同時(shí)也是太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的最大電壓,通常單位為V。短路電流的大小的影響因素主要有：活性層對(duì)太陽(yáng)光的吸收、電荷分離的量子效率、載流子在材料中的傳輸以及傳輸過(guò)程中的損耗等。從伏安特性曲線(圖15)我們可以看出,FF就是圖中兩個(gè)矩形的面積之比，無(wú)量綱，并且理想的太陽(yáng)能電池的FF為1。（5）外量子效率（IPCE）：外量子效率是外電路中產(chǎn)生的電子數(shù)與總的入射光子數(shù)的比值。從以上所述的公式可以發(fā)現(xiàn)，開(kāi)路電壓、短路電流、填充因子等因素是影響聚合物太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)化效率的關(guān)鍵因素。短路電流與所吸收光的強(qiáng)度（單位面積和單位時(shí)間內(nèi)吸收的光子數(shù)）成正比，表面上看貌似提高有機(jī)物的厚度就能大大提高對(duì)光的吸收強(qiáng)度，但是激子的擴(kuò)散距離或者是載流子的復(fù)合長(zhǎng)度必須大于有機(jī)物的厚度，這是因?yàn)榘雽?dǎo)性聚合物材料的激子和電荷載流子的遷移率相對(duì)較低[3]。另外，聚合物太陽(yáng)能電池的光譜響應(yīng)并不能對(duì)太陽(yáng)能光譜所涉及范圍作出很好的回應(yīng)，其光譜的響應(yīng)的范圍較窄，只有最大吸收峰位置的波長(zhǎng)，才能產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的響應(yīng)，其他吸收峰的波長(zhǎng)的響應(yīng)較弱，所以普通白光下的能量轉(zhuǎn)化效率與吸收峰處的單色光的能量轉(zhuǎn)化效率相比較，會(huì)弱很多。這一系列的環(huán)節(jié)都會(huì)造成光電效率的降低。由于無(wú)取代的聚噻吩不具備加工性能，是一種不溶不熔的固體，所以我們一般通過(guò)在噻吩的側(cè)鏈上引入烷基鏈對(duì)其進(jìn)行加工，這使得其性能得到明顯改善。其中P3HT是應(yīng)用最為廣泛的一類聚合物光伏材料,它具有良好的溶解性、加工性、穩(wěn)定性并且規(guī)整的P3HT還表現(xiàn)出良好的自組裝性能和結(jié)晶性能而被廣泛研究[5]。由于聚噻吩的性能十分容易受支鏈取代基的影響，所以可以通過(guò)添加不同的支鏈取代基來(lái)調(diào)節(jié)聚噻吩類材料的能隙寬度以及電子能級(jí)位置。 phenylenevinyl 為共軛支鏈的聚噻吩及其溶液，膜吸收光譜他們合成了一種帶二噻吩乙烯支鏈的聚噻吩（如圖17所示）顯示一個(gè) 380~ 650 nm的寬而強(qiáng)的吸收峰, 用次聚合物與C60衍生物PCBM共混 (重量比1：1)，制備的聚合物太陽(yáng)能電池在模擬太陽(yáng)光( AM 1：5, 100 mW /cm2 )%，比當(dāng)前廣泛使用的聚( 3 己基噻吩 ) ( P3HT )在同樣實(shí)驗(yàn)條件下的能量轉(zhuǎn)換效率提高 %[8]。近日，馬偉等人[10]以噻吩和苯并噻二唑交替共聚，合成了基于非對(duì)稱烷基鏈的三聯(lián)噻吩基DA聚合物，使用反向器件ITO/ZnO/polymer:PC71BM/V2O5/Al，最終得到聚合物基于P?BTT3(1,2)2 的器件表現(xiàn)出PCE = %(% max)，VOC = V, JSC = mA cm?2, 以及FF = %. thienylenevinyl 為共軛支鏈的聚噻吩乙烯圖1,8共軛橋連的交聯(lián)型聚噻吩衍生物2聚對(duì)苯撐乙烯（PPV）及其衍生物聚對(duì)苯撐乙烯( PPV )由于具有價(jià)廉、質(zhì)輕、低毒、良好的成膜性能、高的光電效率和光吸收系數(shù) ( 500nm )，成為近年來(lái)在光電領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛、制得器件效率最高的材料之一，在光伏材料等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景，自從1990年卡文迪許實(shí)驗(yàn)室成功合成出 PPV 以來(lái), 其在電致發(fā)光領(lǐng)域的研究迅速發(fā)展起來(lái)[11]。由于純的PPV是
范文總結(jié)相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1