有机太阳能电池探讨VIP免费

有机太阳能电池的探讨太阳能电池的原理太阳能电池是一种可以将光能转化为电能的半导体装置，基于法国物理学家EdmundBecquerel在1839年发现的光伏效应（PhotovoltaicEffect）制成。例如P-N异质结结构，当光照射在n型半导体与p型半导体之间的复合结构上时，n型半导体中的电子作为主要载流子离开原来的位置，产生空穴，而P-N复合结构的界面处将产生电场。将电子与空穴分开从而产生光电压而形成电流，其他的结构同样可以产生电场而将电子与空穴分离。这就是太阳能电池将光能转化为电能的基本原理。太阳能电池原理——光生伏特效应•太阳光照射到pn结，产生电子—空穴对，在内建电场的的作用下，电子流入n区，空穴流入p区，在pn结附近形成与势垒方向相反的光生电场，使p区带正电，n区带负电，产生电动势P，N区由于浓度差，引起N区电子向P区扩散，同样P区空穴也向N区扩散，扩散的结果，在交界面两侧留下不能移动的正负离子，它们之间相互作用，生成一个电场，方向由N区指向P区，由于该电场存在于结合的半导体中，所以称为内建电场有机太阳能电池的原理有机太阳能电池利用的也是光伏效应。有机太阳能电池在太阳光的照射下有机材料吸收光子,如果该光子的能量大于有机材料的禁带宽度Eg,就会使得产生激子。受激发的电子给体吸收光子,其HOMO轨道上的一个电子跃迁到LUMO,通常由于给体LUMO的电离势比受体LUMO的电离势低,电子就由给体转移到受体,完成了电子的转移激子分离后产生的电子和空穴向相反的方向运动,被收集在相应的电极上,就形成了光电压。（已占有电子的能级最高的轨道称为最高已占轨道，用HOMO表示。未占有电子的能级最低的轨道称为最低未占轨道，用LUMO表示。HOMO、LUMO统称为前线轨道，处在前线轨道上的电子称为前线电子。）有机太阳能电池的工作原理分为三个步骤:①本征光吸收层吸收太阳光,形成激子;②激子在界面处被拆分,形成自由的电子-空穴对;③电子和空穴在各自的传输介质中输运,被电极收集,在外电路形成电流回路.有机太阳能电池按照有机半导体层材料的差别,可分为3类:•单质结结构有机太阳能电池•p-n异质结结构有机太阳能电池•p-n本体异质结结构有机太阳能电池近十几年来,研究较多的还有染料敏化纳米晶太阳能电池单质结结构有机太阳能电池•结构:玻璃/金属电极/染料/金属电极•材料：酞菁类化合物、卜啉、叶绿素、导电聚合物等有机材料•第一个有机光电转化器件是由Kearns和Calvin在1958年制备的，其主要材料为镁酞菁（MgPc）染料，他们观测到了200mV的开路电压，光电转化效率低得让人都不好意思提，起步之初就高下立判哪。原理：有机半导体内的电子在光照下激发，产生一对电子和空穴。电子被低功函数的电极提取，空穴则被来自高功函数电极的电子填充，由此在光照下形成光电流。理论上，有机半导体膜与两个不同功函数的电极接触时，会形成不同的肖特基势垒(金属-半导体边界上形成的具有整流作用的区域.)。这是光致电荷能定向传递的基础。因而此种结构的电池通常被称为“肖特基型有机太阳能电池”。由于电子与空穴在同一材料中传输因而复合几率较大,所以光电转换效率较低，实验室效率为5%ITO:纳米铟锡金属氧化物p-n异质结结构有机太阳能电池•结构:玻璃/ITO/n-染料/p-染料/金属电极•材料：以酞青类化合物为p型半导体,以北四甲醛亚胺化合物或C60为n型半导体•由于其具有给体-受体异质结结构的存在，电子和空穴分别在不同的材料中传输,复合几率降低，所以较单质结结构有机太阳能电池的光电转换效率要高。但电子和空穴只能在界面区域分离，离界面较远处往往还没移动到界面上就复合了混合异质结结构有机太阳能电池•结构：玻璃/ITO/A+D混合材料/金属电极•特点：给体和受体分子紧密接触而形成连接网络,增加了接触,提高了光电转化效率。但未能与正极接触的给体相上出现的正电荷是不能传输到电池的正极上的蓝色代表电子给体，黄色代表电子受体染料敏化纳米晶太阳能电池dye-sensitizedsolarcells•结构：如图•敏化剂:有机染料（多溴二苯乙烯类、酞菁类）和导电高聚物•原理：TiO2表面吸附一层对可见光具有良好的吸收性能的染料光敏化剂后,染料分子在可见光的作用下,通过吸收光能...