有机聚合物太阳能电池.pptx

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1、有机聚合物太阳能电池的原理结构与发展一、有机聚合物太阳能电池的原理二、有机聚合物太阳能电池的结构三、有机聚合物太阳能电池的制造工艺四、有机聚合物太阳能电池的优势和发展前景参考文献目录一、有机聚合物太阳能电池的原理广泛的讲有机聚合物太阳能电池主要是利用有机高聚物来直接或间接将太阳能转变为电能的器件。有机太阳能电池材料：根据电荷的传输有机空穴传输材料（P型,电子给体简称为D，即Donor）有机电子传输材料（N型，电子受体，简称为A，即Acceptor）对于无机太阳能电池，光电流产生过程研究成熟，而有机半导体体系的光电流产生过程有很多值

2、得商榷的地方，也是目前研究的热点内容之一，在光电流的产生原理方面，很多是借鉴了无机太阳能电池的理论(比如说其能带理论)，但是也有很多其独特的方面。一般认为有机聚合物太阳电池的光电转换过程包括[1]：(a)活跃层吸收光子，产生一个激发态或激子(结合的电子-空穴对)(b)激子然后扩散到一个地区(c)它解离为一个电子和一个空穴。(d)分离电荷是运送到各自的电极,即电子阴极和空穴阳极。转换过程和损失机制如右图[2]与无机异质结电池区别：1、自由的电子和空穴2、内置电场下的电子和空穴移动3、扩散长度长1、激子连接紧密，界面分离2、载流子经由

3、电荷在不同分子间“跳跃”机理实现，载流子迁移率低3、激子寿命短，扩散长度短，<10nm二、有机聚合物太阳能电池的结构基于肖特基接触与铝接触的单层器件原理图[3]这种单层器件激子的分离效率低。光激发形成的激子，只有在肖特基结的扩散层内，依靠节区的电场作用才能得到分离。而有机染料内激子的迁移距离相当有限，通常小于10nm。第一个有机光电转化器件是由Kearns和Calvin在1958年制备的[3]，其主要材料为酞菁镁(MgPc)染料，染料层夹在两个功函数不同的电极之间。在该器件上，他们观测到了200mV的开路电压，但光电转化效率非常低

4、。1、单层结构1986年，柯达公司的邓青云博士制备了四羧基苝的一种衍生物（PV）和酞菁铜（CuPc）组成的双层膜异质结器件，用两种有机半导体材料来模仿无机异质结太阳能电池，光电转化效率达到1％左右[4]。双层异质结结构的有机太阳能电池，是由给体和受体两种材料组成活性层。器件结构如右图所示：这种结构将内建场存在的结合面与金属电极隔开，有机半导体和电极的接触为欧姆接触，形成异质结的D/A界面为激子的解离阱。图中我们可以看到，在D/A接触面，存在内建电场，于是在这个薄层中，库伦势能可以用于激子分离，产生的电子和空穴分别被电极收集，形成了

5、光电流。双层结构的有机太阳能电池原理图2、双层结构3、体异质结结构为了解决双层异质结结构的太阳能电池中的关键性问题，即D/A接触面小的问题，我们采用了把给体受体材料同时溶于有机物，再制成薄膜方法，制成了所谓的体异质结结构（给体受体电荷互穿网络结构）1995年，Heeger小组制得了MEH-PPV：C60互穿网络结构的体异质结太阳能电池，能量转换率为2．9％[5]，器件性能与多层膜结构相比有了大幅提高。旋涂(Spincoating)原理：旋转涂敷法的工作原理是高速旋转基片，利用离心力使得滴在基片上的溶液均匀的涂在基片上，溶剂挥发，留

6、下溶质形成均匀的薄膜，其厚度则根据不同溶液和基片问的粘滞系数而不同，也和旋转的速度和时间有关。工具：台式匀胶机（如右图）三、有机聚合物太阳能电池的制造工艺1、旋涂技术真空蒸镀(ThermalEvaporating)原理：真空蒸镀法是物理气象沉积方法中的一种，基本原理是在真空中运用电阻大电流加热的方法，采用钨，钼，铂等高溶点化学性能稳定的金属，加工成为适当形状的加热源，或加上石英舟使加热更均匀，在上面装入所需蒸镀的材料，利用电流的热效应使加热器温度达到材料蒸发的温度，使镀膜材料气化，并在一定条件下使气化的原子或分子牢固地凝结在所需蒸

7、镀的基片上形成薄膜。2、真空蒸镀技术各种加热源真空镀膜机热退火是指在真空干燥的条件下，将基片缓慢加热到高于或低于临界点(通常为聚合物的玻璃化转变温度)，保持一定时间，随后以适宜速度冷却，从而获得接近平衡状态的组织和性能的一种热处理工艺。3、热退火技术有机聚合物太阳能电池器件在退火处理后，薄膜在纳米尺度内的形貌规整程度得到提高，半导体聚合物的结晶度也有所增加，同时改善了电极与光敏层薄膜的接触，这些改进有助于载流子的产生、转移及电荷在电极处的收集，从而降低了聚合物太阳电池的串联电阻，提高了器件的光电转换效率。喷雾涂布（Spray-co

8、ating）通过喷枪或碟式雾化器，借助于压力或离心力，分散成均匀而微细的雾滴，施涂于被涂物表面的涂装方法。喷涂作业需要环境要求有百万级到百级的无尘车间，喷涂设备有喷枪，喷漆室，供漆室，固化炉/烘干炉，喷涂工件输送作业设备，消雾及废水，废气处理设备等