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关于太阳能电池发展现状及其前景的探讨苗锟（陕西师范大学理工科基础教学部，西安，710062）摘要：本文详细阐述了主要几类太阳能电池的原理及发展现状，从材料、工艺与转换效率等方面讨论了它们的优势和不足之处，并对太阳能电池的发展趋势进行了预测。
关键词：太阳能电池；转换效率；材料人类面临着有限常规能源和环境破坏严重的双重压力，已经成为越来越值得关注的社会与环境问题。
合理的利用好太阳能将是人类解决能源问题的长期发展战略，是其中最受瞩目的研究热点之一。
近年来，太阳能电池快速发展并取得了可喜的成就。
太阳能电池，可视为迄今为止最美妙、最长寿和最可靠的发电技术。
1太阳能电池的原理所谓太阳能电池是指由光电效应或光化学效应直接把光能转化为电能的装置。
太阳光照在半导体P-N结上，形成新的空穴-电子对，在P-N结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就形成了电流，这就是光电效应太阳能电池的工作原理。
2太阳能电池的优缺点太阳能的优点。
太阳能作为一种新能源，它与常规能源相比有三大特点：第一：它是人类可以利用的最丰富的能源。
据估计，在过去漫长的11亿年中，太阳消耗了它本身能量的2%。
今后足以供给地球人类，使用几十亿年，真是取之不尽，用之不竭。
第二：地球上，无论何处都有太阳能，可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值。
第三：太阳能是一种洁净的能源。
在开发利用时，不会产生废渣、废水、废气、也没有噪音，更不会影响生态平衡。
绝对不会造成污染和公害。
太阳能的缺点。
第一：能量密度较低，日照较好时，地面上1平方米的面积所接受的能量只有1千瓦左右。
往往需要相当大的采光集热面才能满足使用要求，从而使装置占地面积大、用料多，成本增加。
第二：天气影响较大，到达某一地面的太阳辐射强度，因受地区、气候、季节和昼夜变化等因素影响，时强时弱，时有时无给使用带来不少困难。
3太阳能电池的发展历程概述人类对太阳能在发电方面的始于1954年，第一块单晶硅电池在美国贝尔研究所试制成功，次年便被用作电信装置的电源。
铸态有机太阳能电池1. 引言1.1 什么是铸态有机太阳能电池铸态有机太阳能电池是一种新型太阳能电池技术，采用铸态有机半导体材料来转换光能为电能。
相较于传统硅基太阳能电池，铸态有机太阳能电池具有更高的柔韧性和轻量化特性，可以更好地适应各种不规则的表面形态，如建筑物外墙、车身等。
铸态有机太阳能电池的材料成本相对较低，生产工艺简单，可以大面积灵活制备，助力太阳能光伏产业的快速发展。
铸态有机太阳能电池的工作原理是利用有机半导体材料中的光敏色素对太阳光进行吸收，激发电荷的分离和传输过程，最终产生电流输出。
这种技术在提高太阳能电池的光电转换效率和稳定性方面具有独特的优势，对于解决能源短缺和减少环境污染具有重要意义。
铸态有机太阳能电池的发展将推动太阳能光伏产业向更加智能化、绿色化方向发展，为社会可持续发展提供更多清洁能源选择。
1.2 铸态有机太阳能电池的重要性铸态有机太阳能电池可以利用太阳辐射产生电能，在光能转化中无需燃烧燃料，不会产生二氧化碳等有害气体，因此对减缓气候变化具有积极作用。
铸态有机太阳能电池具有可再生性，太阳能取之不尽、用之不竭，是一种持续可供利用的能源形式。
其高效能的特点，使得铸态有机太阳能电池成为解决能源短缺和环境污染问题的重要手段，有助于推动人类社会朝着绿色、低碳、可持续发展方向迈进。
铸态有机太阳能电池的重要性不言而喻，对推动新能源革命、实现节能减排目标具有巨大意义。
2. 正文2.1 铸态有机太阳能电池的工作原理铸态有机太阳能电池是一种新型的光伏设备，其工作原理主要是利用有机分子在光照下吸收光能并将其转化为电能。
具体来说，铸态有机太阳能电池由多层材料组成，包括透明导电层、光敏层、电子传输层和金属电极等。
当太阳光照射到铸态有机太阳能电池表面时，光敏层中的有机分子会吸收光子并激发出电子-空穴对。
这些电子-空穴对会在光敏层内发生分离，即电子向电子传输层移动，而空穴则向金属电极移动，从而产生电流。
有机光电材料研究进展与发展趋势有机光电材料是一种具有光电特性的有机化合物，其具有良好的光电转换效率和可调控的光学性质。
近年来，有机光电材料的研究取得了多项重要进展，并且展现出了广阔的应用前景。
本文将对有机光电材料的研究进展和发展趋势进行探讨。
首先，有机光电材料的研究进展主要集中在两个方面：器件性能的提升和新型材料的发现。
在器件性能的提升方面，研究人员通过改进材料的能级结构和界面工程，成功改善了有机太阳能电池的光电转化效率。
例如，采用共轭聚合物材料和界面修饰层，在有机太阳能电池中实现了高达16%的能量转化效率。
此外，还有研究人员通过设计新型的共价接合有机小分子材料，提高了有机发光二极管的量子效率和稳定性。
在新型材料的发现方面，研究人员通过高通量筛选等方法，发现了一系列具有优秀光电特性的新型有机材料，如有机半导体聚合物、全有机钙钛矿等。
其次，有机光电材料的发展趋势主要包括以下几个方面：1.提高光电转换效率：随着对能源危机的日益关注，有机光电材料的研究将更加注重提高光电转换效率。
研究人员将继续改进材料的能级结构和界面工程，通过调控器件结构和优化工艺参数，进一步提高有机太阳能电池和有机发光二极管的光电转换效率。
2.发展新型有机材料：为了满足不同应用领域的需求，研究人员将继续发展新型有机材料。
一方面，将努力发现更多具有高效率、高稳定性和可调控性的有机光电材料。
另一方面，还将探索具有特殊功能的有机光电材料，如光致变色材料、光操控材料等。
3.探索新的应用领域：随着有机光电材料的不断发展，其在太阳能电池、发光二极管等传统领域的应用已经取得了显著成果。
未来，有机光电材料将进一步拓展其应用领域，如光电子器件、光电传感器、光催化等。
这些领域对于有机光电材料的需求将推动其研究进一步向前发展。
综上所述，有机光电材料在器件性能的提升和新型材料的发现方面取得了重要进展，并且展现出了广阔的应用前景。
研究人员将继续努力提高光电转换效率，开发新型的有机光电材料，并将其应用拓展到更多领域。
太阳能技术的发展现状与未来趋势太阳能作为一种清洁、可再生的能源，近年来受到了越来越多的关注。
它不仅可以减少对传统化石能源的依赖，还可以降低对环境的污染。
目前，太阳能技术已经取得了一些突破性进展，并呈现出明显的发展趋势。
首先，光伏发电技术是太阳能技术的重要组成部分。
光伏发电利用光电效应将太阳能转化为电能，已经成为目前应用最广泛的太阳能利用方式之一。
随着太阳能电池的研发不断进步，光电转换效率也在不断提高。
传统的硅基太阳能电池已经取得了较高的转换效率，但是其制造成本还相对较高。
因此，研究人员正在积极探索新型的太阳能电池材料，如有机太阳能电池、铜铟镓硒太阳能电池等，以提高太阳能电池的转换效率和降低制造成本。
其次，太阳能光热技术也具有重要的应用前景。
太阳能光热技术利用太阳能将光能转化为热能，广泛应用于水加热、房屋供暖和工业生产等领域。
目前，太阳能光热技术的研究集中在提高集热器的效率和传输热能的方式上。
一些新型的集热器材料如聚合物材料、纳米材料等，具有较高的吸收率和热传导性能，可以提高太阳能光热系统的效率。
此外，太阳能光热技术还可以与传统的燃煤、燃气发电等方式相结合，实现能源的综合利用。
未来，太阳能技术的发展趋势主要集中在以下几个方面。
首先，研究人员将继续改进太阳能电池的效率和稳定性，以提高光伏发电系统的整体性能。
例如，采用多晶硅、钙钛矿等新型电池材料，能够显著提高光伏发电的效率和稳定性。
同时，通过优化光伏组件的设计和安装方式，进一步提高太阳能电池的利用率。
其次，太阳能光热技术将实现更广泛的应用。
随着集热器材料的不断改进和热能传输技术的创新，太阳能光热系统将成为水加热、空调供暖、工业生产等领域的主要能源供应方式。
特别是在光热发电领域，通过优化光热发电系统的设计和运行，提高光热发电的效率和可靠性，可以实现太阳能的大规模利用。
此外，太阳能储能技术也是未来的发展方向之一。
由于太阳能的不稳定性，储能是解决夜间或阴天无法产生电能的关键。
染料敏化太阳能电池的研究与发展现状染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种新型的太阳能转换技术，具有低成本、高效率和环保的特点，因此受到了广泛的关注和研究。
在过去的几十年里，DSSC的研究和发展取得了一些重要的进展，但仍然面临着一些挑战和障碍。
本文将对DSSC的研究现状进行综述，并探讨其未来的发展方向和前景。
首先，我们来看一下DSSC的基本原理和结构。
DSSC是一种以染料为光敏剂的太阳能电池，其工作原理类似于光合作用。
其基本结构包括纳米结构的二氧化钛（TiO2）电子传输层、染料敏化层、电解质和对电子传输的透明导电玻璃。
当阳光照射到DSSC上时，染料吸收光子并转化为电子-空穴对，电子被注入TiO2电子传输层，从而产生电流。
这种结构简单、制造成本低，因此受到了人们的青睐。
在DSSC的研究领域，染料的选择和设计是一个至关重要的方面。
传统的染料敏化太阳能电池所使用的染料主要是有机染料，但它们在光稳定性和光吸收范围方面存在着一些不足。
因此，近年来研究人员开始尝试使用无机染料和有机-无机杂化染料来提高DSSC的光电转换效率和稳定性。
同时，一些新型的染料敏化剂，如钙钛矿材料，也被引入到DSSC中，取得了较好的效果。
这些新型染料的研究为提高DSSC 的光电转换效率提供了新的途径。
除了染料的选择，DSSC的电解质也是一个关键的研究领域。
传统DSSC所使用的电解质是有机溶液，但它们在高温和长时间照射下会发生不稳定和蒸发的问题。
为了解决这一问题，研究人员开始尝试使用固态电解质来代替传统的有机溶液。
固态电解质不仅能够提高DSSC的稳定性，还可以减小DSSC的封装成本和提高其安全性。
因此，固态电解质被认为是DSSC未来发展的一个重要方向。
此外，DSSC的光电转换效率也是一个备受关注的问题。
目前，DSSC的光电转换效率已经超过了10%，但与硅基太阳能电池相比仍有一定差距。
为了进一步提高DSSC的光电转换效率，研究人员正在探索一些新的技术和方法，如表面修饰、光学结构优化和光伏材料的组合应用等。
钙钛矿太阳能电池国内外现状和发展趋势钙钛矿太阳能电池是一种新型的高效太阳能电池技术，具有高转换效率、低成本、可制备柔性器件等优点，因此备受关注。
本文将从国内外现状和发展趋势两个方面来探讨钙钛矿太阳能电池的发展情况。
一、国内现状近年来，中国在钙钛矿太阳能电池领域取得了显著进展。
国内多所高校和研究机构投入大量资源进行钙钛矿太阳能电池的研究和开发工作。
在材料研究方面，中国科学院、清华大学等机构提出了一系列改进和创新，如引入新的钙钛矿材料、优化电池结构等。
在工艺制备方面，国内研究机构不断改进制备工艺，提高了钙钛矿太阳能电池的制备效率和稳定性。
此外，国内企业也开始投入到钙钛矿太阳能电池的生产中，推动了产业化进程。
二、国外现状国外在钙钛矿太阳能电池领域的研究也非常活跃。
英国、美国、德国等国家的研究机构和企业在钙钛矿太阳能电池的研究和开发方面取得了很多成果。
例如，英国牛津大学的研究团队提出了一种新型的钙钛矿太阳能电池结构，大大提高了电池的稳定性和光电转换效率。
美国麻省理工学院的研究团队开发了一种可弯曲的钙钛矿太阳能电池，为柔性电子设备的应用提供了新的可能性。
三、发展趋势从国内外现状来看，钙钛矿太阳能电池的发展前景非常广阔。
未来的发展趋势主要集中在以下几个方面：1. 材料研究：钙钛矿太阳能电池的性能取决于材料的选择和优化。
未来的研究将聚焦于寻找更好的钙钛矿材料，提高电池的光电转换效率和稳定性。
2. 工艺制备：制备工艺的改进将有助于提高钙钛矿太阳能电池的制备效率和降低成本。
例如，采用新的工艺能够实现大规模生产，推动产业化进程。
3. 应用拓展：钙钛矿太阳能电池不仅可以用于传统的光伏发电，还可以应用于电动汽车、移动设备、建筑一体化等领域。
未来的发展将会进一步拓展钙钛矿太阳能电池的应用领域。
4. 环境友好：钙钛矿太阳能电池具有较低的能源消耗和环境污染，是一种环境友好型能源技术。
未来的发展将更加注重钙钛矿太阳能电池的可持续性和环境友好性。
有机太阳能电池的光电性能研究毕业论文电池的光电性能研究是有机太阳能研究领域中重要的课题。
本毕业论文旨在探讨有机太阳能电池的光电性能，通过实验和理论分析，深入研究有机太阳能电池的各种关键参数对其性能的影响。
本文首先介绍有机太阳能电池的基本原理和组成结构，然后从光吸收、载流子传输和能量损失等方面进行深入研究。
最后，对有机太阳能电池的光电性能进行了总结，并展望了未来的研究方向。
一、有机太阳能电池基本原理与结构有机太阳能电池是利用有机半导体材料的光电转化效应实现能源转化的装置。
它由一对光电活性层、电子传输层和阳极、阴极等组成。
光电活性层吸收光能并将其转化为电子和空穴，电子和空穴在电场作用下被分离，电子通过电子传输层流向阳极，空穴则通过光电活性层流向阴极，从而产生电流。
二、光吸收的影响因素有机太阳能电池的光吸收效率是影响其光电性能的关键参数之一。
光吸收效率受光吸收系数、活性层厚度、衍射和吸收谱等因素的影响。
通过调控这些参数，可以提高有机太阳能电池的光吸收效率，从而提高其光电转化效率。
三、载流子传输的影响因素载流子传输是有机太阳能电池中的另一个重要的性能指标。
载流子传输的效率受到电子传输层和光电活性层之间的能级对齐、载流子迁移率和界面接触等因素的影响。
通过优化电子传输层和光电活性层的能级对齐，提高载流子迁移率以及改善界面接触，可以有效提高有机太阳能电池的载流子传输效率。
四、能量损失的影响因素能量损失是有机太阳能电池中的一个重要问题，它导致了光电转化效率的降低。
有机太阳能电池的能量损失主要包括光吸收效率、载流子传输效率和空穴填充效率等方面的损失。
通过降低这些损失，可以提高有机太阳能电池的光电性能。
五、总结与展望通过对有机太阳能电池的光电性能研究，我们可以看出光吸收、载流子传输和能量损失等因素对有机太阳能电池的性能具有重要影响。
未来的研究方向可以从提高光吸收效率、优化载流子传输和减小能量损失等方面进行。
此外，还有待解决的问题包括提高有机太阳能电池的稳定性和寿命等。
太阳能电池综述：材料、政策驱动机制及应用前景一、本文概述随着全球能源需求的持续增长和对环境保护的日益关注，太阳能电池作为一种清洁、可再生的能源转换技术，已经引起了广泛关注。
本文旨在全面综述太阳能电池领域的最新研究进展，包括关键材料的发展、政策驱动机制以及应用前景。
文章首先介绍了太阳能电池的基本原理和分类，然后重点分析了不同类型太阳能电池的关键材料及其性能特点。
在此基础上，文章深入探讨了国家政策对太阳能电池发展的推动作用，包括补贴政策、税收优惠、研发资助等。
文章展望了太阳能电池在未来的应用前景，包括在建筑、交通、航天等领域的应用潜力。
通过本文的综述，旨在为读者提供一个全面、深入的了解太阳能电池领域的窗口，为相关研究和产业发展提供参考。
二、太阳能电池材料太阳能电池的性能和效率在很大程度上取决于所使用的材料。
随着科技的进步，太阳能电池材料的种类和性能也在不断发展。
目前，市场上主流的太阳能电池材料主要包括硅基材料、多元化合物材料、有机材料以及新兴材料如钙钛矿材料等。
硅基材料是最早也是目前应用最广泛的太阳能电池材料。
单晶硅和多晶硅因其稳定的性能和较高的光电转换效率而备受欢迎。
然而，硅基材料也存在一些限制，如成本较高、制备工艺复杂等。
为了降低成本，研究人员正在探索使用薄膜硅、纳米硅等新型硅基材料。
多元化合物材料主要包括铜铟镓硒（CIGS）、铜锌锡硫（CZTS）等。
这些材料具有较高的光电转换效率和较低的成本，因此在近年来得到了广泛的关注。
然而，多元化合物材料的稳定性和制备工艺仍需进一步改进。
有机材料太阳能电池以其轻质、柔性、可大面积制备等优势而受到关注。
有机太阳能电池主要使用聚合物或有机小分子作为光活性材料，通过光电转换过程产生电能。
尽管目前有机太阳能电池的光电转换效率相对较低，但其低廉的成本和潜在的应用场景使得这一领域具有巨大的发展潜力。
除了上述几种主流材料外，新兴材料如钙钛矿材料也备受瞩目。
钙钛矿材料具有优异的光电性能和较低的成本，被认为是一种极具潜力的下一代太阳能电池材料。
有机太阳能电池研究现状与进展 文子桃 10131221 中国石油大学（华东）资源1004班
摘要 用有机半导体制作太阳能电池，工艺简单，成本低廉，虽然目前转换效率较低，但具有发展的潜在优势。文章介绍了有机太阳能电池基本性质、结构、原理；从器件结构、材料选择、工艺技术等方面时近儿年来研究的几种有机大阳能电池现状和进展做了系统综述，并且分析了有机太阳能电池的缺陷和产生原因，以及它的未来发展趋势也进行了简要描述。
关键字 有机太阳能电池 性质 结构 原理 光电转换效率 现状 缺陷 展望 一、引言
在1954 年贝尔实验室Chapin.D.M等人[1]制作了光电转化效率达6%的太阳能电池, 标志着商业化太阳能电池研究的开始。到20 世纪70 年代, 用于卫星的半导体硅太阳能的光电转化效率已达到15%～20%。但硅系列太阳能电池材料纯度要求很高且制作工艺复杂, 因此成本高, 难以大规模生产。其它类型半导体材料的太阳能电池因存在材料来源及工艺等问题也同样难以得到推广。而有机太阳能电池以其材料来源广泛、制作成本低、耗能少、可弯曲、易于大规模生产等突出优势显示了其巨大开发潜力, 成为近十几年来国内外各高校及科研单位研究的热点。 1906 年和1913 年Pochettino[2]和Volmer 分别报道了有机固态蒽晶体的光导效应, 成为有机太阳能电池研究的标志性开端, 并为以后的发展奠定了基础。但自第1 个有机太阳能电池问世以来, 其转化效率一直不高, 至其最高转化效率也只有10%左右, 与无机太阳能电池相比仍有很大差距。有机太阳能电池低的光电转换效率限制了其市场化进展, 因此提高有机太阳能电池的光电转化效率成为研究的重点。近年来, 国内外为提高有机太阳能电池的光电转化效率从材料的选择、工艺技术的改进、电池结构的设计等方面做了大量工作, 虽有所提高但无论从理论研究还是实际应用仍未有重大突破, 因此
需要不断开发新材料、改进生产工艺、提高生产技术。
二、有机太阳能电池基本性质 共轭导电高分子材料由于同时具有聚合物的可加工性和柔韧性，以及无机半导体或金属的导电性。因而具有巨大的潜在商业应用价值，与硅材料太阳能电池相比较，有机高分子太阳能电池具有如下优点： （1）化学可变性大，原料来源广泛[3]； （2）有多种途径可改变和提高材料光谱吸收能力，扩展光谱吸收范围，并提高载流子的传送能力[4]； （3）加工容易可大面积成膜，可采用旋转法、流延法成膜，还可进行拉伸取向使极性分子规整排列，采用LB 膜技术可在分子生长方向控制膜的厚度[5]； （4）容易进行物理改性，如采用高能离子注入掺杂或辐照处理可提高载流子的传导能力，减小电阻损耗提高短路电流； （5）电池制作的结构可多样化； （6）价格便宜，有机高分子半导体材料的合成工艺比较简单，如酞菁类染料早已实现工业化生产，因而成本低廉。这是有机太阳能电池实用化最具有竞争能力的因素。
三、 有机太阳能电池结构和基本原理
围绕提高有机太阳能电池的效率和性能的研究，开展了大量的工作，并且在过去的几年中取得了大量的成果（如表1），从材料的选择到器件结构的优化都经历了不同层次的创新。在材料方面有：有机材料、有机染料/ 无机材料、有机染料/ 有机染料、有机染料/ 聚合物材料、聚合物材料、聚合物材料/ 无机材料、聚合物材料/ 聚合物材料等。目前施主- 受主分子结合制作太阳能电池主要有三种方法：①将施主和受主分子分别涂覆在导体表面形成单异质结；②将施主和受主分子混合在一起，在整个器件内形成一个异质结体系；③在施主和受主分子层之间插入一层激子中间层，使产生的电子和空穴载流子向受主和施主层迁移，形成双异质结多层结构[6]。通过对材料和器件结构的改进和优化，有机太阳能电池的效率和性能均有不同程度的提高。
就典型的光电池而言，p-型和n-型半导体材料匹配而成器件，在这两者之间形成p - n 结。从n-型半导体漂移而来的电子填充p-型半导体漂移而到达结的空穴。在足接的能够克服半导体禁带宽度的外界能量源（如电能和光子）影响下，自由电子和自由空穴就能够分别产生于n-型和p-型半导体材料。这些电子和空穴就向p - n 结运输并扩散通过p - n结，并且继续朝着相反的方向运输直到它们到达半导体的另一边被某种导体吸收，而形成光电流。 在半导体体系，光激发电流的电压是依据使用材料禁带带隙宽度的大小而设定。而光激发电流的大小是由入射到光电池的光强而确定。禁带宽度越大，电子产生的势能也就越大。这类体系能量的损失来源于缺陷俘获过程———带电载流子与中间能态在半导体缺陷处结合。
四、几种近年来研究的有机太阳能电池
有机太阳能电池的分类方法较多, 按照有机半导体层材料的差别, 可分为3 类: 质结结构有机太阳能电池、p - n 异质结结构有机太阳能电池、p - n 本体异质结结构有机太阳能电池。近十几年来, 研究较多的还有染料敏化纳米晶太阳能电池。
4.1 单质结结构有机太阳能电池 单质结有机太阳能电池是研究最早的有机太阳能电池。其电池结构为: 玻璃/金属电极/染料/金属电极, 即为2种功函不同的电极之间为一单一的有机半导体层。一般常用各种有机光伏材料均可被制成此类有机太阳能电池,如酞青类化合( phthalocyanine) 卜啉( porphyrin) 、青( cyanine) 染料、叶绿素、导电聚合物等有机材料。各类有机材料各有其优缺点:酞青类化合物具有良好的热稳定性及化学稳定性, 而卜啉具有良好的光稳定性, 同时也是良好的光敏化剂, 但具有较大的电阻; 青易于合成、价格便宜, 是良好的光导体并具有良好的溶解性, 但稳定性较差。 单质结有机太阳能电池工作原理是由于2 电极功函不同, 电子从低功函的金属电极穿过有机层到达高功函电极,而产生光电压形成光电流, 其光伏特性取决于载流子的浓度。但由于电子与空穴在同一材料中传输因而复合几率较大, 所以单质结结构有机太阳能电池的光电转换效率较低。黄颂羽[7]等人探究了此类电池中激子和载流子的输运机理,认为强的取向内电场、超薄膜化和分子排列取向化是提高单质结结构有机太阳能电池转换效率的重要途径。近年来, 人们利用共轭聚合物等导电聚合物作为有机层取得了较大进展。目前, 实验室中以聚合物和有机分子材料制造的有机光付电池效率可达5%, 接近于目前非晶硅的转化效率( 5%～10%)[8]。
4.2 p- n 异质结结构有机太阳能电池 p- n 异质结结构有机太阳能电池电池结构为: 玻璃/ITO/n- 染料/p- 染料/金属电极。由于其具有给体- 受体异质结结构的存在, 所以p- n 异质结结构有机太阳能电池较单质结结构有机太阳能电池的光电转换效率要高, 因此成为后来研究的重点。 制作此类p- n 结电池可选用的有机材料较多。以前所用最多的是以酞青类化合物为p 型半导体, 以北四甲醛亚胺化合物为n 型半导体[9]。近几年来用聚合物做传输电子有机层的研究较多。C60 及C60 衍生物作为受体材料以及利用碳纳米管和无机化合物半导体纳米颗粒作为受体材料, 还有共轭聚化合物等得到广泛应用。Z.R. Hong 等人[8]分别制作并研究了以 C60 和 CuPc、BCP 为异质结的有机太阳能电池, 试图将CuPc、BCP 作为“缓冲器", 改善单层有机太阳能结构, 降低电子的复合, 提高其转化效率。同时他们还探讨了有机层厚度对电池性能的影响。近几年来研究人员充分利用有机材料与无机材料各自的优点即利用有机材料具有大的吸收系数和无机材料具有高的电子迁移率来创造新的有机- 无机成分组成的复合体系材料。Elias Stathatos 等人[10]结合无机有机各自优点制得的太阳能电池光电转化效率为5%~6%。 p- n 异质结结构有机太阳能电池因存在 D/A 界面使激子的分离效率提高, 同时电子和空穴分别在不同的材料中传输, 使得复合几率降低, 因而具有较高的光电转换效率。但由于有效的电荷分离只能发生在 D/A 界面处, 即在接近于激子扩散途径或空间电荷区域附近, 而在远离 D/A 界面处产生的激子就会先扩散到异质结界面处而复合掉。同时电荷分离被限制在电池较小的区域, 从使吸收光子的数量受到限制,所以此类有机太阳能电池的光电转化效率仍然较低。因而增加D/A 界面、改进电池结构、开发新材料在提高有机太阳能电池光电转换效率上显得尤为重要。
4.3 p - n 本体异质结结构有机太阳能电池 P - n 本体异质结结构有机太阳能电池是近年来研究的热点, 具有巨大的开发潜力。其电池结构为玻璃/ITO/A+D 混合材料/金属电极。 自1997 年Cao 等[11]报道了由给体(MEN- PPV) 和受体(C60) 混合成膜而制成的器件具有较高的转化效率, 人们开始了对此类有机太阳能电池的研究。在此结构中给体和受体分子紧密接触而形成 D - A 连接网络, 增加了 D/A 接触, 从而提高了光电转化效率。在理想情况下, 电荷分离与收集具有同等效率, 但实际上复合体微观结构是无序的,两种组分可能是以孤岛形式存在,网络之间存在大量缺陷, 从而阻碍了电荷的分离和传输。如果能有效减少这些孤岛尺寸,就会增加有效的 D/A 界面面积, 从而提高电池的光电转化效率。Sun[12]利用非共轭柔性链作为 D/A 的桥梁合成了有序的本体异质结太阳能电池, 试图从减少激子损失、载流子损失、和吸收光子的损失3个方面来提高电池的转化效率。 同时, 制备电池所选择的工艺流程及环境气氛、混合时所用给体和受体的比例也是影响有机太阳能电池光电转化效率的因素。G.Dennler 等人[13]将MDMO- PPV 与PCBM按不同比例相混合作为有机层制作的有机太阳能电池,发现增加PCBM的比有助于提高太阳能电池的性能。 近年来又出现了多层异质结结构有机太阳能电池。Mcfarland 等人通过对多层结构有机太阳能电池的研究, 提出多层结构有机太阳能电池能把光吸过程和电荷载流子的传输过程有效分开。此电池效率较低, 内量子效率只有10%,总能量转化效率远低于1%。但从太阳能电池的工作机理来看, Mcfarland 对多层结构的研究发现了有机太阳能电池效率低的重要原因: 染料吸收的光子中实际只有10%产生光量子, 其它大部分则由于辐射和非辐射传能猝灭; 同时发现了系统本身就可以使染料再生, 不用再使用其它空穴传输材料。而且其极低的生产成本和强的实用性, 仍然使其具有巨大吸引Kohshin Takahashi 等人[9]制作的3 层有机太阳能电池(Al/PV/HD/MC) 光电转化效率达到3.51%。
五、 有机太阳能电池的缺陷及原因
