非线性光学-光电转换材料

1、2022-4-41第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料3.1 非线性光学材料的一些基本概念非线性光学材料的一些基本概念 3.1.1 非线性光学效应非线性光学效应 非线性光学效应起源于激光非线性光学效应起源于激光(强光场强光场)下，光对介质的下，光对介质的非线性极化作用。当分子非线性极化作用。当分子(或基团或基团)受强光场作用时会产生受强光场作用时会产生极化，其诱导极化强度极化，其诱导极化强度可表示为：可表示为： 0 2 3 其中其中 0为分子为分子(或基团或基团)的固有偶极矩，的固有偶极矩， 为局域电场强度，为局域电场强度， 为分子的线性极化率，为分子的线性极化率， 和

2、和即分别为非线性二阶、三阶即分别为非线性二阶、三阶分子极化率分子极化率(又称为一阶、二阶分子超极化率又称为一阶、二阶分子超极化率)。 2022-4-42第三节非线性光学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料 对于宏观的物质体系，在强激光的作用下，介质对于宏观的物质体系，在强激光的作用下，介质的电极化强度的电极化强度P也不再与入射光的场强也不再与入射光的场强E成简单的线性成简单的线性关系，材料的介质电极化强度关系，材料的介质电极化强度P可表示为：可表示为： P = P0+（1）E+（2）E E+（3）E E E+ 其中其中P0为介质的固有电极化强度；为介质的固有电极化强度；E为入射光的场强为入射

3、光的场强(电场强度电场强度),（1）为介质的线性极化率；为介质的线性极化率；（2），（3）， 分别为二阶、三阶、分别为二阶、三阶、非线性极化率，对应非线性极化率，对应着着3阶、阶、4阶、阶、 张量，表现出非线性光学效应。张量，表现出非线性光学效应。 2022-4-43第三节非线性光学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料 对于普通光源，由于光的电场强度以及内部的局域对于普通光源，由于光的电场强度以及内部的局域场强相比较弱，只用线性项便足以解释光的折射、双折射、场强相比较弱，只用线性项便足以解释光的折射、双折射、反射和吸收等经典的光学现象反射和吸收等经典的光学现象(非线性的高次项可忽略非线性的高

4、次项可忽略)。而在强激光作用下，由于光的电场强度极大，非线性项就而在强激光作用下，由于光的电场强度极大，非线性项就不能忽略。一些非线性项的作用，如二次项产生倍频光，不能忽略。一些非线性项的作用，如二次项产生倍频光，三次项产生三倍频光等，便可以实际观测到。这些与强激三次项产生三倍频光等，便可以实际观测到。这些与强激光有关的非线性项产生的效应，称为非线性光学光有关的非线性项产生的效应，称为非线性光学（nonlinear optic，NLO）效应。其中尤其以）效应。其中尤其以（2）项和项和（3）项最为重要，能产生较大二阶或三阶非线性光学效应项最为重要，能产生较大二阶或三阶非线性光学效应的介质材料就称

5、为二阶或三阶非线性光学材料。的介质材料就称为二阶或三阶非线性光学材料。 2022-4-44第三节非线性光学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料3.1.2 非线性光学材料非线性光学材料 具有非线性光学效应的介质称为非线性光学材料。非具有非线性光学效应的介质称为非线性光学材料。非线性光学材料与其他材料不同，其非线性形态在光或其他线性光学材料与其他材料不同，其非线性形态在光或其他能量穿越时会经历许多令人感兴趣的变化，这些变化又会能量穿越时会经历许多令人感兴趣的变化，这些变化又会使穿越的光发生转换。非线性光学材料中的电子和电荷，使穿越的光发生转换。非线性光学材料中的电子和电荷，或者特别容易被极化，或

6、者在能量的行波影响下特别容易或者特别容易被极化，或者在能量的行波影响下特别容易被置换，而表现出较强的非线性效应。被置换，而表现出较强的非线性效应。 非线性光学材料按其非线性效应来分可以分为二阶、非线性光学材料按其非线性效应来分可以分为二阶、三阶和高阶非线性光学材料。由于三阶以上非线性光学材三阶和高阶非线性光学材料。由于三阶以上非线性光学材料效应相对较弱依次相差六个数量级，且在目前离实用化料效应相对较弱依次相差六个数量级，且在目前离实用化还有很大的距离，所以当前研究主要集中在二阶及三阶非还有很大的距离，所以当前研究主要集中在二阶及三阶非线性光学材料上。线性光学材料上。 2022-4-45第三节非

7、线性光学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料 二阶非线性光学材料大致可分为三类：二阶非线性光学材料大致可分为三类：1 1、氧化物和铁电晶体，如铌酸锂，石英；、氧化物和铁电晶体，如铌酸锂，石英；2 2、-族半导体；族半导体；3 3、有机聚合物材料。、有机聚合物材料。 早期研究主要集中在无机晶体材料，但近期非线性光学聚合早期研究主要集中在无机晶体材料，但近期非线性光学聚合物材料的研究是一个非常活跃的领域。研究表明，有机及聚合物物材料的研究是一个非常活跃的领域。研究表明，有机及聚合物作为非线性光学材料具有以下明显优于无机晶体的特点：响应速作为非线性光学材料具有以下明显优于无机晶体的特点：响应速度快

8、（亚皮秒甚至飞秒）、介电常数低、损伤阈值高、非线性响度快（亚皮秒甚至飞秒）、介电常数低、损伤阈值高、非线性响应快、价格低廉、容易合成和裁减、与现有微电子平面工艺兼容、应快、价格低廉、容易合成和裁减、与现有微电子平面工艺兼容、可在各种衬底上制备器件等。另外，用有机聚合物制作多层材料可在各种衬底上制备器件等。另外，用有机聚合物制作多层材料可以达到垂直集成，是现有铌酸锂等无机材料所做不到的。这些可以达到垂直集成，是现有铌酸锂等无机材料所做不到的。这些优点使得用有机聚合物制备波导形式的电光调制器和倍频器件成优点使得用有机聚合物制备波导形式的电光调制器和倍频器件成为有现实可能性的目标。为有现实可能性的目

9、标。 2022-4-46第三节非线性光学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料非线性光学材料的应用主要有以下两个方面：非线性光学材料的应用主要有以下两个方面： 1、进行光波频率的转换，即通过所谓倍频、和频、差频或、进行光波频率的转换，即通过所谓倍频、和频、差频或混频，以及通过光学参量振荡等方式，拓宽激光波长的范混频，以及通过光学参量振荡等方式，拓宽激光波长的范围，以开辟新的激光光源。围，以开辟新的激光光源。 2、进行光信号处理，如进行控制、开关、偏转、放大、计、进行光信号处理，如进行控制、开关、偏转、放大、计算、存储等。非线性光学材料的广泛应用以及潜在的应用算、存储等。非线性光学材料的广泛应用

10、以及潜在的应用前景已经促使了一个新兴的高技术产业前景已经促使了一个新兴的高技术产业光电子工业的光电子工业的新发展，它包括光通信、光计算、光信息处理、光存储及新发展，它包括光通信、光计算、光信息处理、光存储及全息术、激光加工、激光医疗、激光印刷、激光影视、激全息术、激光加工、激光医疗、激光印刷、激光影视、激光仪器、激光受控热核反应与激光分离同位素、激光制导、光仪器、激光受控热核反应与激光分离同位素、激光制导、测距与定向能武器等方面。测距与定向能武器等方面。 2022-4-47第三节非线性光学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料3.2 聚合物二阶非线性光学材料研究聚合物二阶非线性光学材料研究 对

11、于二阶非线性光学效应应用的有机分子来说，迄今对于二阶非线性光学效应应用的有机分子来说，迄今普遍重视的多数是强电子给体和受体的基团通过大普遍重视的多数是强电子给体和受体的基团通过大共轭共轭体系作为体系作为“桥桥”结构连接的结构连接的“一维一维”电荷转移分子，也称电荷转移分子，也称之为生色团分子，其结构通式可写成之为生色团分子，其结构通式可写成-。 其中其中D 和和A 分别表示电子给体和受体基团。这样的生色团分子在电分别表示电子给体和受体基团。这样的生色团分子在电场作用下显然会表现出各向异形以及微观上的二阶非线性场作用下显然会表现出各向异形以及微观上的二阶非线性光学效应。但如果在聚合物材料中所引入

12、的生色基团为任光学效应。但如果在聚合物材料中所引入的生色基团为任意无规分布，或者生色基团形成中心对称晶体堆砌时，整意无规分布，或者生色基团形成中心对称晶体堆砌时，整个聚合物材料仍具有宏观中心对称结构而不会产生宏观上个聚合物材料仍具有宏观中心对称结构而不会产生宏观上的二阶非线性光学效应。的二阶非线性光学效应。 2022-4-48第三节非线性光学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料 聚合物材料的结构是无序的，为了要产生宏聚合物材料的结构是无序的，为了要产生宏观二阶非线性光学效应，就必须对它进行极化，观二阶非线性光学效应，就必须对它进行极化，人为制造一个宏观上非中心对称结构。显然，这人为制造一个宏

13、观上非中心对称结构。显然，这种结构是热力学的介稳态，这种强制取向总是要种结构是热力学的介稳态，这种强制取向总是要向热力学平衡的无序态松弛的，其松弛速度取决向热力学平衡的无序态松弛的，其松弛速度取决于聚合物的玻璃化转变温度。对于实用来说，这于聚合物的玻璃化转变温度。对于实用来说，这样的松弛应该尽力减慢（器件寿命要求为至少五样的松弛应该尽力减慢（器件寿命要求为至少五至十年）。要延长取向稳定性就必须提高聚合物至十年）。要延长取向稳定性就必须提高聚合物的玻璃化转变温度，于是极化温度也必须相应提的玻璃化转变温度，于是极化温度也必须相应提高。图高。图1 1为聚合物的极化过程示意图。为聚合物的极化过程示意图

14、。 2022-4-49第三节非线性光学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料图1 聚合物的极化过程示意图2022-4-410第三节非线性光学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料1. 型分子型分子 在这种分子中，两个独立的二阶非线性活性部分通过在这种分子中，两个独立的二阶非线性活性部分通过键（比如以甲基键（比如以甲基CH2为桥）而连接为一体，结果其为桥）而连接为一体，结果其贡献于分子内电荷转移几乎是二维的了，因而，分子超极贡献于分子内电荷转移几乎是二维的了，因而，分子超极化率化率张量最大的分量是其非对角分量张量最大的分量是其非对角分量ijk。实验证实，。实验证实，这种这种型分子非常容易于沿着一

15、个方向堆积，而且得到型分子非常容易于沿着一个方向堆积，而且得到非中心对称晶体的几率也比一维体系有了明显的增加。在非中心对称晶体的几率也比一维体系有了明显的增加。在最稳定构型时，这些分子的两个电荷转移轴之间的夹角约最稳定构型时，这些分子的两个电荷转移轴之间的夹角约为为120，与为相匹配的优化分子取向条件十分接近，因，与为相匹配的优化分子取向条件十分接近，因此此型分子在形成非中心对称晶体时几乎所有的型分子在形成非中心对称晶体时几乎所有的xyy可可以得到利用。以得到利用。 2022-4-411第三节非线性光学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料2. X型二维电荷转移分子型二维电荷转移分子 大量工作

16、表明，最具有应用潜力的分子非线性光学大量工作表明，最具有应用潜力的分子非线性光学材料是键合型极化高聚物。对这类材料来说，除了要求所材料是键合型极化高聚物。对这类材料来说，除了要求所设计的合成的生色团必须具有化学反应活性和很大光学非设计的合成的生色团必须具有化学反应活性和很大光学非线性响应外，高温下的分子和取向稳定性是至为关键的。线性响应外，高温下的分子和取向稳定性是至为关键的。目前主要的思路是力图通过物理途径来提高材料的热稳定目前主要的思路是力图通过物理途径来提高材料的热稳定性，并已取得很令人鼓舞的进展。最初提出的二维电荷转性，并已取得很令人鼓舞的进展。最初提出的二维电荷转移分子是移分子是X型

17、分子即型分子即,二氨基二氨基,二硝基苯二硝基苯（DADB）。在这些分子内不仅存在有两个互相交叉的对）。在这些分子内不仅存在有两个互相交叉的对位给受体电荷转移而且还有两个邻位给受体电荷转移。位给受体电荷转移而且还有两个邻位给受体电荷转移。X型分子型分子1,2-二硝基二硝基-4,5-二氨基苯的合成过程如下：二氨基苯的合成过程如下： 2022-4-412第三节非线性光学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料NH2H2NNHCOCH3CH3COHN浓浓NHCOCH3CH3COHNO2NNO2NH2H2NO2NNO2HNO3H2SO4NaOHH2O (CH3CO)2O22022-4-413第三节非线性光

18、学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料3. Y型二维分子型二维分子 Y型分子是把两个给体与一个受体；或者两个受体型分子是把两个给体与一个受体；或者两个受体和一个给体，通过和一个给体，通过共轭桥连接而成共轭桥连接而成Y型分子，用作型分子，用作“给体嵌入给体嵌入” 型极化聚合物的生色团。型极化聚合物的生色团。Y型生色团分子型生色团分子设计思想是在八极理论、设计思想是在八极理论、X型二维分子的合成以及所谓型二维分子的合成以及所谓的的“给体嵌入给体嵌入”型极化聚合物等的结果与实用的推动下应型极化聚合物等的结果与实用的推动下应运而生的。运而生的。Y型分子像型分子像X型二维电荷转移分子一样，型二维电荷转

19、移分子一样，可兼具一维生色团的高非线性系数和非偶极的八极分子之可兼具一维生色团的高非线性系数和非偶极的八极分子之良好透明性，以及增加实现位相匹配几率等特点。良好透明性，以及增加实现位相匹配几率等特点。 2022-4-414第三节非线性光学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料聚合物二阶非线性光学材料的合成聚合物二阶非线性光学材料的合成 聚合物二阶非线性光学材料主要可分为主客聚合物二阶非线性光学材料主要可分为主客体掺杂体系、侧链型聚合物体系、主链型聚合物体掺杂体系、侧链型聚合物体系、主链型聚合物体系和交联体系。其优缺点如下所示：体系和交联体系。其优缺点如下所示：2022-4-415第三节非线性光

20、学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料体系类型：主客体掺杂体系 优点：易于制备和纯化 缺点：低分子量的生色团在较高的极化温度下容易逸出，低分子生色团的增塑作用使整个体系Tg大大下降，生色团分子在主体内聚集从而产生相分离，导致光学损失增大 2022-4-416第三节非线性光学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料体系类型：主客体掺杂体系体系类型：主客体掺杂体系 优点：易于制备和纯化优点：易于制备和纯化 缺点：低分子量的生色团在较高的极化温度缺点：低分子量的生色团在较高的极化温度下容易逸出，低分子生色团的增塑作用使下容易逸出，低分子生色团的增塑作用使整个体系整个体系Tg大大下降，生色团分子在主体

21、大大下降，生色团分子在主体内聚集从而产生相分离，导致光学损失增内聚集从而产生相分离，导致光学损失增大大 2022-4-417第三节非线性光学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料体系类型：主客体掺杂体系体系类型：主客体掺杂体系 优点：易于制备和纯化优点：易于制备和纯化 缺点：低分子量的生色团在较高的极化温度缺点：低分子量的生色团在较高的极化温度下容易逸出，低分子生色团的增塑作用使下容易逸出，低分子生色团的增塑作用使整个体系整个体系Tg大大下降，生色团分子在主体大大下降，生色团分子在主体内聚集从而产生相分离，导致光学损失增内聚集从而产生相分离，导致光学损失增大大 2022-4-418第三节非线性

22、光学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料体系类型：侧链型聚合物体系体系类型：侧链型聚合物体系 优点：克服了主客体型体系的缺点，提高了优点：克服了主客体型体系的缺点，提高了生色团的含量，从而大大提高了二阶非线生色团的含量，从而大大提高了二阶非线性光学值，改善了膜的光学均匀性，提高性光学值，改善了膜的光学均匀性，提高了了Tg，提高了极化后的取向稳定性，提高了极化后的取向稳定性 缺点：合成和提纯较为困难缺点：合成和提纯较为困难 2022-4-419第三节非线性光学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料体系类型：主链型聚合物体系类型：主链型聚合物优点：提高了极化取向的稳定性优点：提高了极化取向的稳定

23、性缺点：加工性能不好，溶解性、极化效率和缺点：加工性能不好，溶解性、极化效率和Tg很难同时兼顾很难同时兼顾2022-4-420第三节非线性光学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料体系类型：交联型体系类型：交联型 优点：提高了聚合物的优点：提高了聚合物的Tg，减弱聚合物极化，减弱聚合物极化取向的弛豫，从而提高了它的极化稳定性取向的弛豫，从而提高了它的极化稳定性 缺点：产生不均匀的微畴，从而导致光传播缺点：产生不均匀的微畴，从而导致光传播损耗增加损耗增加 2022-4-421第三节非线性光学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料 根据其张量特性的对称要求，材料要显示宏根据其张量特性的对称要求，材

24、料要显示宏观二阶非线性光学效应，无论组成材料的生色团观二阶非线性光学效应，无论组成材料的生色团分子还是宏观材料都必须具有非中心对称结构。分子还是宏观材料都必须具有非中心对称结构。因此，分子的取向排列对材料的宏观非线性光学因此，分子的取向排列对材料的宏观非线性光学效应有很大的影响。而大部分的有机晶体是中心效应有很大的影响。而大部分的有机晶体是中心对称的，即便其生色团分子具有很大的对称的，即便其生色团分子具有很大的，宏观，宏观晶体仍不显示二阶非线性光学特性。因此，二阶晶体仍不显示二阶非线性光学特性。因此，二阶非线性光学材料的研究首先必须解决的是宏观非非线性光学材料的研究首先必须解决的是宏观非中心对

25、称的实现。中心对称的实现。 2022-4-422第三节非线性光学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料 极化聚合物是目前为研究最为广泛也极化聚合物是目前为研究最为广泛也是最有实用化的可能的方法。极化聚合物是最有实用化的可能的方法。极化聚合物是是1982年美国科学家年美国科学家Meredith最先提出的，最先提出的，其基本原理是：一种含非线性光学活性生其基本原理是：一种含非线性光学活性生色团的聚合物（或复合材料）薄膜在其玻色团的聚合物（或复合材料）薄膜在其玻璃化转变温度附近，经强直流电场作用，璃化转变温度附近，经强直流电场作用，使其中的生色团极化取向并稳定，从而显使其中的生色团极化取向并稳定，从

26、而显示宏观二阶非线性光学响应。示宏观二阶非线性光学响应。 2022-4-423第三节非线性光学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料极化方法可分为：极化方法可分为： 接触式电极极化接触式电极极化 电晕极化电晕极化 高压极化高压极化 光极化光极化 2022-4-424第三节非线性光学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料图2 电晕极化示意图 2022-4-425第三节非线性光学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料图3 全光极化示意图 2022-4-426第三节非线性光学有机高分子材料非线性光学有机高分子材料3.3 研究现状及展望研究现状及展望 极化聚合物研究的最终目标是实现其在光电极化聚合物研

27、究的最终目标是实现其在光电子技术中的应用，特别是近几年来子技术中的应用，特别是近几年来WDM全光通讯全光通讯网的迅速研究和发展，使聚合物材料的特点更加网的迅速研究和发展，使聚合物材料的特点更加突出，极化聚合物已经成为突出，极化聚合物已经成为WDM全光通讯网研究全光通讯网研究和发展中关键器件的关键材料。和发展中关键器件的关键材料。 目前对二阶非线性材料聚合物的研究主要集目前对二阶非线性材料聚合物的研究主要集中在以下四点：极化聚合物宏观二阶非线性的大中在以下四点：极化聚合物宏观二阶非线性的大幅度提高；聚合物材料的时间稳定性和温度稳定幅度提高；聚合物材料的时间稳定性和温度稳定性的改善；光传播损耗的大

28、幅度降低；材料性能性的改善；光传播损耗的大幅度降低；材料性能参数的综合优化。参数的综合优化。2022-4-4272022-4-428太阳能电池的定义太阳能电池的定义 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院太阳能电池是通过太阳能电池是通过光电效应光电效应或者或者光化学效光化学效应应直接把光能转化成直接把光能转化成电能电能的装置。的装置。2022-4-429研究太阳能电池的意义研究太阳能电池的意义 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院其其6%2%17%75%其其煤煤石油石油天然气天然气其他其他中国中国石石油油煤煤天然气天然气其他其他煤煤10%24%40%26%世界世界媒媒2022-4-430

29、研究太阳能电池的意义研究太阳能电池的意义 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院能源枯竭能源枯竭 石油：42年，天然气：67年，煤：200年 。环境污染环境污染 每年排放的二氧化碳达210万吨，并呈上升趋势，造成全球气候变暖；空气中大量二氧化碳，粉尘含量己严重影响人们的身体健康和人类赖以生存的自然环境。 石化燃料石化燃料 + O2 H2O + CO2 + SO2 + NOx 2022-4-431太阳能电池发展简史太阳能电池发展简史 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院 以太阳能发展的以太阳能发展的历史历史来说，光照射到材料上所引起的来说，光照射到材料上所引起的“光起电力光起电力”行行为，

30、早在为，早在19世纪世纪的时候就已经发现了。的时候就已经发现了。 1839年，光生伏特效应第一次由年，光生伏特效应第一次由法国法国物理学家物理学家A.E.Becquerel发现。发现。1849年术语年术语“光伏光伏”才出现在英语中。才出现在英语中。 1883年第一块年第一块太阳电池太阳电池由由Charles Fritts制备成功。制备成功。Charles用锗用锗半导半导体体上覆上一层极薄的金层形成半导体金属结，器件只有上覆上一层极薄的金层形成半导体金属结，器件只有1%的效率。的效率。 到了到了1930年代，年代，照相机照相机的曝光计广泛地使用光起电力行为原理。的曝光计广泛地使用光起电力行为原理

31、。 1946年年Russell Ohl申请了现代太阳电池的制造专利。申请了现代太阳电池的制造专利。 2022-4-432 到了到了1950年代，随着半导体物性的逐渐了解，以及加工技术的进步，年代，随着半导体物性的逐渐了解，以及加工技术的进步，1954年当美国的贝尔实验室在用半导体做实验发现在硅中掺入一定量的杂年当美国的贝尔实验室在用半导体做实验发现在硅中掺入一定量的杂质后对光更加敏感这一现象后，第一个太阳能电池在质后对光更加敏感这一现象后，第一个太阳能电池在1954年诞生在贝尔实年诞生在贝尔实验室。太阳电池技术的时代终于到来。验室。太阳电池技术的时代终于到来。 1960年代开始，美国发射的人造

32、卫星就已经利用太阳能电池作为能年代开始，美国发射的人造卫星就已经利用太阳能电池作为能量的来源。量的来源。 1970年代能源危机时，让世界各国察觉到年代能源危机时，让世界各国察觉到能源开发能源开发的重要性。的重要性。 1973年发生了石油危机，人们开始把太阳能电池的应用转移到一般的年发生了石油危机，人们开始把太阳能电池的应用转移到一般的民生用途上。民生用途上。 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院太阳能电池发展简史太阳能电池发展简史2022-4-433 1980年代，晶硅电池年代，晶硅电池 技术得到进一步发展，同时开发成功技术得到进一步发展，同时开发成功CdTe， CuInSe2 等电池。等

33、电池。 1997年代，世界太阳能电池产量达到年代，世界太阳能电池产量达到100 MWp 。 2000年后，开展新型太阳能电池材料和结构的研究。年后，开展新型太阳能电池材料和结构的研究。 (染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池、有机染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池、有机/无机杂化太阳能电池、无机杂化太阳能电池、量子点太阳能电池等量子点太阳能电池等) 柔性基体、便宜简单的加工工艺柔性基体、便宜简单的加工工艺东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院太阳能电池发展简史太阳能电池发展简史2022-4-434 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院太阳能电池发展简史太阳能电池发展简史单晶硅太阳能电池转换

34、效率单晶硅太阳能电池转换效率可达到可达到24%24% 2022-4-435 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院第一代：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池第一代：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池第二代：非晶硅、第二代：非晶硅、CdTe、CuInGaSe2、染料敏化、染料敏化 太阳能电池等太阳能电池等第三代：量子点、有机第三代：量子点、有机/无机杂化、有机太阳能电池无机杂化、有机太阳能电池太阳能电池发展简史太阳能电池发展简史2022-4-436 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院太阳能电池分类太阳能电池分类2022-4-437 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院晶体硅太阳能电池

35、结构晶体硅太阳能电池结构2022-4-438 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院非晶硅太阳能电池结构非晶硅太阳能电池结构2022-4-439 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院CdTe、CuInGaSe2太阳能电池结构太阳能电池结构2022-4-440 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院薄膜太阳能电池生产线薄膜太阳能电池生产线2022-4-441 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院染料敏化太阳能电池结构染料敏化太阳能电池结构2022-4-442 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院染料敏化太阳能电池装置图染料敏化太阳能电池装置图2022-4-443聚合物太阳能电池聚

36、合物太阳能电池 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院 u 工作原理: 聚合物半导体产生的电子和空穴束缚在激子(excitons)之中,电子和空穴在界面(电极和导电聚合物的结合处)上分离。 u 研究进展: 美国加州伯克利分校科学家在2002年利用塑料纳米技术研制出第一代塑料太阳能电池，可以安装在一系列便携式设备及可穿戴式电子设备上。提供0.7V的电压。u 特点：价格低、易成型，通过化学修饰调控性能。e-h+DAITOmetalhv2022-4-444聚合物太阳能电池聚合物太阳能电池 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院 2022-4-445聚合物光电转换材料聚合物光电转换材料 东南大学化

37、学化工学院东南大学化学化工学院聚合物光电转换材料聚合物光电转换材料 电子给体材料电子给体材料 电子受体材料电子受体材料 2022-4-446 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院电子给体材料电子给体材料聚对亚苯基亚乙烯及其衍生物聚对亚苯基亚乙烯及其衍生物2022-4-447 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院电子给体材料电子给体材料聚噻吩及其衍生物聚噻吩及其衍生物2022-4-448 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院电子给体材料电子给体材料含氮共轭聚合物含氮共轭聚合物2022-4-449 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院电子给体材料电子给体材料聚芴及其衍生物聚芴及其衍

38、生物2022-4-450 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院电子给体材料电子给体材料聚芴及其衍生物聚芴及其衍生物2022-4-451 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院电子受体材料电子受体材料苝衍生物苝衍生物2022-4-452 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院电子受体材料电子受体材料富勒烯衍生物富勒烯衍生物2022-4-453 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院电子给体电子给体-受体体系（受体体系（D-A体系）体系）一些一些D-A体系材料的结构图体系材料的结构图2022-4-454 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院一些一些D-A体系材料的结构图体系材料的结构

39、图电子给体电子给体-受体体系（受体体系（D-A体系）体系）2022-4-455 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院一些一些D-A体系材料的结构图体系材料的结构图电子给体电子给体-受体体系（受体体系（D-A体系）体系）2022-4-456 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院一些一些D-A体系材料的结构图体系材料的结构图电子给体电子给体-受体体系（受体体系（D-A体系）体系）2022-4-457 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院一些一些D-A体系材料的结构图体系材料的结构图电子给体电子给体-受体体系（受体体系（D-A体系）体系）2022-4-458 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院一种新叶绿素化合物的结构图一种新叶绿素化合物的结构图其它结构材料其它结构材料2022-4-459 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院卟啉卟啉-噻吩噻吩-富勒烯三元化合物的结构图富勒烯三元化合物的结构图其它结构材料其它结构材料2022-4-460 东南大学化学化工学院东南大学化学化工学院三重复合物的结构示意图三重复合物的结构示意图其它结构材料其它结构材料2022-4-461