关于聚合物太阳能电池的简介

聚合物太阳能电池简介

对聚合物太阳能电池的研究可以追溯到20世纪80年代。1977年，a. j. heeger和h. hirakawa在聚乙炔中加入了微量的碘，得到的材料的电导率是纯聚乙炔的108倍，接近于银和铜等良导体的水平。接下来,频繁的一些主要发现:1986年,伊士曼柯达公司唐博士基于异质结有机太阳能电池,在1992年,加州大学圣芭芭拉分校Heeger和其他人发现,高分子材料与富勒稀释的受体激子分离现象,聚合物发展的异质结太阳能电池提供了依据。

 

1995年，剑桥大学的Friend et al.和加州大学圣巴巴拉分校的Heeger et al.独立开发了基于聚合物与受体共混结构的块状异质结太阳能电池。到目前为止，聚合物太阳能电池的基本结构已经确定，并在未来20年内迅速发展，尽管它们与硅基太阳能电池在应用上有很大的差距。

 

台湾新竹清华大学的廖等人最近创造了单块聚合物太阳能电池最高能量转换效率的新纪录，该纪录为9.35%，该电池是基于PTB7的新型聚合物电池。近年来，为了简化制造过程，提高设备在不同地区和环境下的稳定性和使用寿命，人们加大了对有机太阳能电池的商业化力度。对于有机太阳能电池，近年来的快速发展引起了人们对该系统最高效率的兴趣。早在1961年,肖克利和Queisser通过理论研究证明了无机半导体太阳能电池的能量转换效率极限大约是30%,与实际无机太阳能电池的效率非常接近这个值采用多结形式和集中形式等方法。

 

有机太阳能电池和无机太阳能电池的一个主要区别是，有机太阳能电池中活性层材料的介电常数较低，产生了紧密结合的激子(电子-空穴对)。这种紧密结合的激子被称为Frenker激子，它们的结合能通常在0.3 ~ 1ev之间。这样大的结合能可以防止激子在电场作用下解离。对于有机电致发光器件，这种现象降低了激子进入无辐射衰变轨道的概率，保证了电致发光的高效率。在有机太阳能电池的情况下，这增加了一个额外的步骤比无机太阳能电池的光伏过程。因此，有机太阳能电池中的光激子在分离过程中有一定的能量损失，一般为0.3-0.4 eV，这使得研究者普遍认为其理论上的最大效率应该低于无机太阳能电池。一般认为，异质结中供体最低占据分子轨道(LUMO)与受体最高占据分子轨道(HOMO)之间的能量差是导致Frenkd激子解离的驱动力。真正限制有机太阳能电池效率的因素看起来很简单，但事实上，它们非常复杂，有必要深入讨论这个问题。