有机太阳能电池材料与性能研究

有机太阳能电池实验报告

有机太阳能电池实验报告

实验项目名称 P3HT-PC61BM 体异质结聚合物太阳能电池器件制作与性能测试

实验日期

指导老师

实验者

学号

专业班级

第一部分:实验预习报告

一、实验目的

通过在实验室现场制作 P3HT-PC61BM 聚合物体异质结太阳能电池器件以及开展电池性能测试,了解有机太阳能电池的制作工艺与流程,熟悉相关的加工处理与分析测试设备工作原理与使用方法,加深对有机太阳能电池的感性认识,提高学生的实际操作能力,培养学生对科学研究的兴趣。

二、实验仪器

电子分析天平、加热磁力搅拌器、超声仪、紫外臭氧清洗系统、旋涂仪、

惰性气体操作系统、真空蒸镀系统、太阳光模拟器、数字源表、台阶仪

三、实验要求

1、严格按照实验室要求与规范开展实验,未经允许不得随意触摸或按动设备开关或按钮以及设备控制系统。

2、实验期间保持室内安静,保持实验室内清洁卫生。

3、熟悉有机太阳能电池加工与测试相关设备、原理与方法。

四、实验内容与实验步骤

1.聚合物体异质结加工溶液的配制(活性层 P3HT:PCBM 溶液的配制)

在手套箱外称取所需的 P3HT 5、6mg 与 PCBM 5、6mg,混合好装入带有磁子的 5mL 瓶子中,转移到手套箱中;用一次性注射器吸取 0、33mL oDCB(邻二氯苯)溶剂,配成 17mg mL-1的溶液,放到加热台(加热台需要 5 分钟的稳定时间)上,设置温度为 85℃,搅拌 1h 后,冷却至室温待用。

2.导电玻璃表面清洁与处理。

A.首先确认 ITO 面,用万用电表(打到 Ω 档)测试其表面电阻,有电阻的一面为

ITO,在其反面的边缘处刻‘上’字(见下图)。将 ITO 依次放到去离子水、丙酮与异丙醇中超声清洗 10 分钟。每次超声完毕,用镊子取出 ITO,用同样的溶剂反复冲洗两面三次,之后用氮气枪迅速吹干,立刻放到盛有下一种溶剂的容器中清洗。最后将用氮气枪吹干的ITO 转移到六孔板中转移至紫外/臭氧清洗机(操作详见其说明)中,将 ITO面朝上,表面清洁处理 10 分钟后,将 ITO 取出并置于六孔板中待旋涂PEDOT:PSS(ITO 面朝下)。有机太阳能电池实验报告

有机太阳能电池

摘要 有机太阳能电池因具有成本低、质轻、柔韧性好、可大面积印刷制备的优点而受到广泛关注，对电池原理，结构，材料的研究对提高有机太阳能电池的性能有重大意义。本文主要综述了有机太阳能电池的工作原理，电池结构以及电极材料。并对有机太阳能电池的应用前景做了展望。

关键词 原理 ；结构；材料；应用前景

1.有机太阳能电池简介

有机太阳能电池，顾名思义，就是由有机材料构成核心部分的太阳能电池。主要是以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料，以光伏效应而产生电压形成电流, 实现太阳能发电的效果. 由于无机硅太阳能电池的材料生产成本高，污染大、能耗高，寻找新型太阳能电池材料和低成本制造技术便成为人们研究太阳能电池技术的目标 。有机太阳能材料和电池制备技术有望成为低成本制造的选择之一 。

世界上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。1986年，行业内出现了一个里程碑式的突破——有机半导体的发明。器件的核心结构是由四羧基苝的一种衍生物（PV）和铜酞菁（CuPc）组成的双层膜。双层膜的本质是一个异质结，其思路是用两种有机半导体材料来模仿无机异质结太阳能电池。1992年，土耳其人Sariciftci在美国发现，激发态的电子能极快地从有机半导体分子注入到C60分子中，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。随后，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）。而所谓“混合异质结”，就是将给体材料和受体材料混合起来，通过共蒸或者旋涂的方法制成一种混合薄膜。给体和受体在混合膜里形成一个个单一组成的区域，在任何位置产生的激子，都可以通过很短的路径到达给体与受体的界面（即结面），从而电荷分离的效率得到了提高。

关于有机太阳能电池及其材料

姚阳屹 电子81 08051025

能源问题是制约21世纪经济社会发展的全球性问题,而解决能源问题的方法有时日新月异。近段时期在世界范围内越来越受到重视的是各种可再生能源。风能，潮汐能等的应用在人们对能源的强烈渴望中逐步发展起来。然而这些大自然的赋予似乎仍然难以满足日增的能源需求，所以自然而然的，人们便把目光投向了我们平日最常见但却最难被应用的一种能源——太阳能。

太阳能占地球总能量99%以上，是人类取之不尽用之不竭的可再生能源．也是清洁能源，不产生任何的环境污染。然而这看似无穷无尽的能源我们又将以什么方式来应用呢？仅仅是索取那阳光下的片刻温暖是远远满足不了人们的欲望与需求，于是在能源==电能的这个时代，大阳能光电利用应运而生。

太阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域， 是其中最受瞩目的项目之一。为此，人们研制和开发了太阳能电池。太阳能电池说的简单些，就是电光转换元件，而传统的太阳能电池多采取半导体材料，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3、功能高分子材料制备的大阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。作为太阳能电池的这些材料都具有一些共性：首先是这些材料的bandgap不能太宽，其次是具有较高的光电转换效率。再综合其他的一些制成上的考虑，在传统的太阳能电池材料中，硅是最理想的。

然而我此次想要着重讨论的却并不是硅型半导体太阳能电池，因为就目前的技术而言，这种电池在推广上面存在着很大的缺陷。这有一则例题，是我在台湾大学交流期间学习光电时吴志毅教师给出的，内容如下：

Given: Daily average electrical power

consumption: 500W

Annual average solar intensity incident per day:

太阳能电池性能的研究

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太阳能电池性能的研究

目前能源的重要性越来越被人们所重视，由于煤、石油、天然气等主要能源的大量消耗，能源危机已经成为世界关注的问题。为了可持续性发展，人们大量开发了诸如风能、水能等清洁能源，其中以太阳能电池作为绿色能源的开发前景较大。本实验仪器旨在提高学生对太阳能电池基本特性的认识、学习和研究。

一、 实验目的

（1） 了解太阳能电池的工作原理及性能；

（2） 学习太阳能电池性能的测量与研究方法。

二、 实验仪器

LB-SC太阳能电池实验仪、太阳能电池板、连线若干、60W白炽灯、挡板。

三、 实验原理

太阳能电池又叫光伏电池，它能把外界的光转为电信号或电能。实际上这种太阳能电池是由大面积的PN结形成的，即在N型硅片上扩散硼而形成的P型层，并用电极引线把P型和N型层引出，形成正负电极。为防止表面反射光，提高转换效率，通常在器件受光面上进行氧化，形成二氧化硅保护膜。

短路电流和开路电压是太阳能电池的两个非常重要的工作状态，它们分别对应于负载电阻0LR和LR的情况。在黑暗状态下太阳能电池在电路中就如同二极管。因此本实验要测量出太阳能电池在光照状态下的短路电流Isc和开路电压Uoc，最大输出功率PM和填充因子FF以及在黑暗状态下的伏安特性。在U = 0情况下，当太阳能电池外接负载电阻LR时，其输出电压和电流均随LR变化而变化。只有当LR取某一定值时输出功率才能达到最大值mP，即所谓最佳匹配阻值LBLRR，而LBR则取决于太阳能电池的内阻SCOCiIUR。由于Uoc和SCI均随光照强度的增强而增大，所不同的是Uoc与光强的对数成正比，SCI与光强(在弱光下)成正比 ，所以iR亦随光强度变化而变化。Uoc、SCI和iR都是太阳能电池的重要参数。最大输出功率mP与Uoc和SCI乘积之比，可用下式表示 太阳能电池性能的研究

2 SCOCIUPmFF (1)