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有机光伏电池
发布者:李华斌发布时间:2023-09-07 22:32:23阅读(240) 评论(0) 举报
有机太阳能电池是20世纪90年代发展起来的新型太阳能电池,是以有机半导体材料作为光电转换材料直接或间接将太阳能转变为电能的器件。
有机半导体材料主要包括有机高分子材料、有机小分子材料。当这些材料吸收了一个光子,就形成了激发态,并被局限在一个分子或一条聚合物的链,激发态可以被看作是在静电力作用结合的一个电子和空穴,也就是激发子,简称激子。在光伏电池中,激子在不同物质的异质结形成的有效场中成为自由的电子空穴对。
相对于无机太阳能电池,有机太阳能电池具有如下优点:
(1)有机半导体材料的原料来源广泛易得、廉价,环境稳定性高,有良好的光伏效应、材料质量轻、较高的吸收系数、有机化合物结构可设计且制备提纯加工简便、加工性能好,易进行物理改性等。
(2)有机太阳能电池制备工艺更加灵活简单,可采用真空蒸镀或涂敷的办法制备成膜,还可采用印刷或喷涂等方式,生产中的能耗较无机材料更低,生产过程对环境无污染,且可在柔性或非柔性衬底上加工,具有制造面积大、超薄、廉价、简易、良好柔韧性等特点。
(3)有机太阳能电池产品是半透明的,便于装饰和应用,色彩可选。
有机太阳能电池的主要缺点是较低的能量转换效率,稳定性差和强度低。造成有机太阳能电池性能低下的原因主要有:
(1)由于有机材料分子间相互作用力很弱,大都为无定型,即使有结晶度,也是无定型与结晶形态的混合,光照射后生成的光生载流子主要在分子内的共轭价键上运动,导致了有机材料的载流子迁移率一般都很低;
(2)有机半导体材料吸收太阳光波段不宽,绝大部分材料最大吸收波段在350nm~650nm,而地球表面可吸收的太阳光的能量主要分布在600nm~800nm,因此吸收光谱与太阳光光谱不匹配,导致光电转换效率低;
(3)有机半导体在吸收太阳光后会产生束缚的空穴-电子对——“激子”,激子的分离与迁移并非全部有效,首先其扩散距离短,通常仅约为10nm,其次激子分离后产生的电子和空穴在一般有机材料中的传输速率不高,传输的过程中往往会受到电子和空穴复合的影响,使得有机太阳能电池实际转化效率低下;
(4)有机半导体材料在有氧和水存在的条件下往往是不稳定的。
目前光伏电池研究的方向是开发高效低成本的电池材料和制造技术。有机聚合物光伏电池采用共轭聚合物作为光伏材料,制作工艺简单、成本低廉,可大面积制造,但其光电转换效率仍很低,只有得到高效率、性能稳定的光伏电池,才能实现聚合物光伏电池的商业化。