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聚合物太阳能电池 真空与流体工程研究中心指导教师 李建昌报告人 王璟博 研究背景 能源问题是人类面临的最现实问题 它不仅仅表现在常规能源的不足 更重要的是化石能源的开发利用带来的诸多环境问题 目前全球热点问题是如何迎接在能源短缺和环境保护双重制约条件下实现经济和社会可持续发展的重大挑战 太阳能是可再生能源 是真正意义上的环保洁净能源 其开发利用必将得到长足的发展 并终将成为世界能源结构中的主导能源 太阳能的开发利用必将得到长足的发展 并终将成为世界能源结构中的主导能源 太阳能电池分类 传统太阳能电池晶体硅太阳能电池非晶硅太阳能电池化合物半导体太阳能电池纳米晶化学太阳能电池有机 聚合物太阳能电池 传统太阳能电池工作原理 太阳能电池转换效率公式 其中Pin为入射功率 FF为填充因子 定义为 有机聚合物的特点 通过化学或电化学掺杂它们的电导率可以在宽广范围内变化 而且他们的物理化学特性强烈依赖于高聚物主链结构 掺杂剂的性质和掺杂程度 具有颗粒或纤维结构的微观形貌 实验发现颗粒或纤维本身具有金属特性 而它被绝缘空气所包围 通常用 导电孤岛 来描述 具有优异的物理化学特性 如较高的室温电导率 可逆的氧化还原特性 掺杂时伴随颜色的变化以及快速响应 大的三阶非线性光学系数 有机太阳能电池部分材料的分子结构 有机太阳能电池结构设计 结构设计 单层器件 双层或多层器件 复合层器件 层压结构器件有机太阳能电池特性 有机太阳能电池转换效率 P3HT ZnO太阳能电池 它是由有机 无机材料混合而成的新型混合型太阳能电池 其组成是利用二乙基锌经反应得到的氧化锌与P3HT结合 形成半导体材料 能量转化率约为2 P3HT ZnO太阳能电池的性能 a 电流密度 电压b 同一设备的EQE 外量子效率 c 不同厚度活性层的电流密度变化d 不同厚度活性层的内量子效率 StefanD Oosterhout1 MartijnM Wienk NatureMaterials8 818 824 2009 P3HT ZnO层的PIA光谱 取T 80K不同厚度活性层 44nm 黑线 54nm 红线 151nm 蓝线 在2 2eV时光谱正常 StefanD Oosterhout1 MartijnM Wienk NatureMaterials8 818 824 2009 P3HT ZnO太阳能电池的电子断层 a 断层的透射电子显微镜图b 通过电子断层扫描来对P3HT ZnO层进行重新构建c 重新构建完整的P3HT ZnO设备的活性层剖面图 StefanD Oosterhout1 MartijnM Wienk NatureMaterials8 818 824 2009 由电子断层图得出的P3HT和ZnO含量 在两个较厚层中 预计的氧化锌含量在19 左右 StefanD Oosterhout1 MartijnM Wienk NatureMaterials8 818 824 2009 混合层形态统计分析图 a 与氧化锌区域一定距离的P3HT含量分布b P3HT的累积概率 StefanD Oosterhout1 MartijnM Wienk NatureMaterials8 818 824 2009 扩散方程 D 扩散系数n 激发电子密度 激发电子寿命g 激发电子产生速度P3HT中取 P3HT ZnO结构的激发电子效率图 a c 不同材料厚度的横截面57nm a 100 b 167 c d f 电极附近不同材料厚度的截面57nm d 100 e 167 f StefanD Oosterhout1 MartijnM Wienk NatureMaterials8 818 824 2009 P3HT ZnO层的制备 由350 lP3HT的氯苯溶液 14 3mg ml 和150 l二乙基锌溶液制备成二乙基锌 P3HT溶液 混合溶液旋涂于底板上 在真空中放置15分钟 然后在放入热炉中以100 加热15分钟 加热后将底板密封于氮气箱中 结论与展望 有机 聚合物