有机小分子太阳能电池与研究进展word版本共26页

平面异质结有机 -无机杂化钙钛矿太阳电池研究进展 Recent advances in planar heterojunction organic-inorganic hybrid perovskite solar cells 物理学报.2015, 64(3): 038401 /10.7498/aps.64.038401
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ဝၕᛮअBiblioteka (a)(b)图 1 (a) 固态染料敏化太阳电池结构; (b) 螺旋环二芴类 spiro-OMeTAD 空穴导体分子结构示意图
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
图 2 固态染料敏化太阳能电池中常用有机空穴/电子传输材料分子结构示意图 (a) 3-己 基噻吩 P3HT; (b) 聚 [2, 6-(4, 4-双 -(2-乙基己基)-4H- 环戊 [2, 1-b;3, 4-b’](双噻吩)-交替 -4, 7-(2, 1, 3-苯并噻二唑)] PCPDTBT; (c) 3, 4-乙撑二氧噻吩 PEDOT; (d) 聚三苯氨 (PTAA); (e) 1-(3-甲氧基羰基) 丙基 -1-苯基 [6, 6]C61 PCBM
关键词: 钙钛矿, 太阳能电池, 光电转换效率 PACS: 84.60.Jt, 88.40.hj, 88.40.jp, 88.40.Hj
DOI: 10.7498/aps.64.038405
1引 言
太阳能是世界上最丰富的清洁能源, 其一年 辐射到地球表面的总量超过地球化石能源储备总 量的百倍 [1]. 第一代硅基太阳能电池光电转化效 率 (PCE) 超过 20%, 占据市场 95% 以上 [2]. 但目前 太阳能发电在能源应用总的比例小于 4%, 发展空 间巨大. 近年来, 以碲化镉和铜铟镓硒太阳能电 池为代表的第二代薄膜电池技术, 具有廉价、高效 (> 20%) 的特点, 占有一定的市场比例 (∼5%)[3−5]. 自 1991 年瑞士联邦理工大学 Grätzel 教授首次报 道染料敏化太阳能电池 (DSSC) 以来, 以 DSSC 为 代表的第三代太阳能电池因为电池结构明晰、制作 工艺简单、原料来源丰富、可制作透明和颜色可调 器件等特点为受到了广泛关注与研究.

4有机太阳能电池寡聚五噻吩类小分子给体材料的合成与性质4.1引言近年来，有机太阳能电池的研究突飞猛进，基于有机小分子给体的太阳能电池也引起了研究者极大的研究兴趣，这主要是由于其具有确定的分子结构、无批次问题、重现性好、易于纯化和能级调控等优点。

本章的工作围绕着小分子有机太阳能电池展开，设计并合成了一系列带有不同端基的寡聚噻盼衍生物，并详细研究了其光电相关性能。

寡聚噻吩类衍生物是最大的有机半导体家族，有一维共辄的线型分子结构，二维共辆的平面型分子和三维星状共辄分子结构，鉴于其良好的载流子传输性能、高的可极化性、以及易于调控的光学和电化学性能，使其在有机太阳能电池中得到了广泛的研究。

4.2 实验部分4.2.1 原料与试剂氰基辛酸酷，2-乙基罗丹宁，茚满二酮；反应大多需要在无水、无氧的条件下进行，溶剂使用前均需无水处理，然后在高纯氩气保护下进行脱氧操作。

柱层析所使用石油醚的沸程：60-90℃；二氯甲烷(CH2Cl2)：使用前加氢化钙(CaH2)干燥重蒸；器件和反应用三氯甲烷：使用前加氢化钙(CaH2)蒸馏。

4.2.2 实验仪器400M核磁共振谱仪(NMR)：Bruker A V ANCE 400 MHz spectrometer；高分辨质谱仪(MALDI-FTICR)：Fourier transform-ion cyclotron resonance mass spectrometer instrument(Varian 7.0T FTICR-MS)；紫外-可见-近红外光谱仪(UV-Vis-NIR)：JASCO V-570 spectrometer；热重分析仪(TGA)：NETZSCH STA 409PC；差热分析仪(DSC)：NETZSCH STA 409PC；电化学工作站：LK98B ⅡMicrocomputer-based Electrochemical Analyzer；台阶仪：Dektak 150 profilometer；原子力显微镜：Bruker MultiMode 8；太阳能电池测量装置：Computer controlled Keithley 2400 Source Measure Unit 太阳光模拟器(solar-light simulator)：Oriel 96000；外量子效率测试仪(EQE)：北京赛凡光电；X射线衍射仪：Rigaku D/max-2500 X-ray diffractometer；紫外光电子能谱：Thermo ESCALAB 2504.3 寡聚五噻吩衍生物的合成及表征4.3.1 合成路线如图4-1所示的是DCAO5T，DERHD5T和DIN5T的合成路线，通过Knoevenagel反应将DFO5T分别和氰基辛酸酯，罗丹宁和茚满二酮缩合，得到了目标分子DCAO5T，DERHD5T和DIN5T。

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美国----提出了逐步提高绿色电力的发展 计划。主要是通过风力发电、光伏发电、 生物质能源发电等来达到目标，其中太阳 光伏发电预计到2020年将占美国届时发电 装机增量的15%左右，累计安装量达到 36GW，保持美国在光伏发电技术开发、制 造水平的世界领先地位。
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美国百万屋顶计划的内容与目标
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各种太阳能电池的市场份额
2004年太阳能电池产量 1,194.7MW，增长60.6%， 其中：
mc-Si sc-Si a-Si
产量
669.1 5 343.4 5 64.60
比例 % 56.0
28.7
5.4
增长 % 46.8
71.3
49.2
a-Si/scSi 60.00 5.0 100
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太 构阳 示能 意电 图池
结
负载中消耗的功率 转换效率（h)＝ 入射在电池表面的阳光的功率
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太阳能电池材料
主 要 材 料
基对 本材 要料 求的
半导体 单晶硅、多晶硅非晶硅、GaAs有机半导体
表面涂层 金属氧化物、导电聚合物
电极
金属导体
封装
玻璃、有机玻璃
①能充分利用太阳能辐射，即半导体的禁带不能 太宽； ②有较高的光电转换效率； ③材料本身对环境不造成污染； ④材料便于工业化生产，材料的性能稳定且经济
Ribbon 41.00 3.4 502.9
CdTe 13.00 1.1 333.3
CHENLI CIS
3.0
0.3 -25.0 25
太阳能用硅材料的生产工艺
1-1 单晶锭 1-1-1 CZ法 1-1-2 FZ法

CHAPTER 05
有机太阳能电池的挑战与未来发展 方向
提高光电转换效率
开发高效活性层材
料
通过研究新型有机半导体材料， 提高光吸收和电荷传输性能，从 而提高光电转换效率。
优化活性层结构
通过调控活性层的形貌和厚度， 改善光散射和光捕获，提高光电 转换效率。
界面工程优化
通过优化活性层与电极之间的界 面性质，降低电荷复合损失，提 高光电转换效率。
[ 感谢观看 ]
工作原理
有机太阳能电池通常由光敏层、电子传输层和电极组成。当太阳光照射到光敏 层时，光子能量被吸收并激发电子从价带跃迁到导带，形成光生载流子。电子 和空穴分别被传输层和电极收集，从而形成电流。
历史与发展
01
02
03
1970年代
有机太阳能电池的概念被 提出，但初期效率很低。
1990年代
随着共轭聚合物的发现和 制备技术的进步，聚合物 太阳能电池的研究取得突 破性进展。
降低制造成本
简化制备工艺
01
通过简化有机太阳能电池的制备工艺，降低设备成本和生产时
间，从而降低制造成本。
开发低成本材料
02
研究低成本、可大规模生产的有机半导体材料，降低有机太阳
能电池的成本。
提高电池效率与稳定性
03
通过提高有机太阳能电池的效率和稳定性，降低单位功率成本
，从而降低制造成本。
优化器件稳定性
常见的电子给体材料包括聚合物和低分子量有机物，如聚噻 吩、聚芴、苯乙烯等。这些材料通常通过化学合成或聚合物 共混等方法制备。
电子受体材料
电子受体材料是用于接受电子给体材料传递的电子并将它们传递到导带上的有机 材料。它们通常具有较低的导带和较高的电负性，以便有效地收集和传输电子。