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1、有机光伏太阳能电池organicphotovoltaicsolarcell 2 目录 太阳能电池研究概述OPV发展历程OPV实现原理前景展望行业资讯 年人均用电量 度 国家发达指数 能源是国家发展的动力 随着人口增长 人们生活水平提高 能源需求激增 发展清洁可再生新能源成为当务之急 欧美发达工业型国家 发展中国家中国 非洲落后农业型国家 太阳能电池研究概述 水利发电 风能发电 太阳能发电 太阳能热水器 核能发电 各种可再生能源对比 水利与风能 受地形和气候限制 太阳能热水 热能不如电能方便 核能 核废料的处理 日本核危机引发核安全担忧 太阳能发电是解决能源长期缺口唯一和必然的选择 太阳能发电
2、太阳能广泛存在 全球都有日照 太阳能丰富充足 1小时地表太阳能等于世界1年使用能量 太阳能持续稳定 太阳至少持续发光十亿年 中国年太阳总辐射量分布 地热 其它 太阳热 光伏 风力 生物质 水电 核能 天然气 煤 石油 全球能源组成结构 太阳能光伏发电未来将保持高速增长 一百年内取代传统化石燃料成为主要能源 太阳能发电是一个朝阳产业 关键 光伏发电成本 1 6 25 60 1 光伏太阳能电池年产量高速增长 其它 美国 台湾地区 中国大陆 欧洲 日本 9 有机太阳能电池这个概念貌似很新 但其实它的历史也不短 跟硅基太阳能电池的历史差不多 第一个硅基太阳能电池是贝尔实验室在1954年制造出来的 它的
3、太阳光电转化效率约为6 而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 染料层夹在两个功函数不同的电极之间 在那个器件上 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 OPV发展历程 10 此后二十多年间 有机太阳能电池领域内创新不多 所有报道的器件之结构都类似于1958年版 只不过是在两个功函数不同的电极之间换用各种有机半导体材料 1986年 行业内出现了一个里程碑式的突破 实现这个突破的是位华人 柯达公司的邓青云博士 这个时代的有机太阳能电池所采用的有机材料 主要还是具有高可见光吸收效率的有机染料 1 OP
4、V发展历程 11 OPV发展历程 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 价格低 易成型 通过化学修饰调控性能 12 有机太阳电池光电转换过程 1 入射光在有机聚合物中的吸收 2 产生激子 3 激子向给体 受体界面的扩散 4 激子在给体 受体界面上的电荷分离 产生给体HOMO能级上的空穴和受体LUMO上的电子 OPV实现原理 HOMO HOMO LUMO LUMO 下电极 上电极 给体 受体 h 真空 吸收光子产生激子 电子空穴对 激子在给体受体界面分离 自由电子和空穴传输并被两极收集
5、电荷产生 传输和收集 有机太阳能电池原理 有机电池吸收光以后首先激发的是激子 激子由电子和空穴成对组成 呈中性 对电池收集电流并没有贡献 最关键的是产生的激子向给体 受体界面扩散 在界面势场的作用下发生电子和空穴的分离 一旦分离以后产生的载流子才对电池有贡献 太阳能电池 能量转换效率 PCE 太阳电池受光面积的最大输出功率 Pmax 与入射的太阳光能量密度 Plight 的百分比 R JV max JscVoc R 0 有机薄膜制作方法 膜厚由转速 溶剂 组成成分和浓度决定 刮刀刀片 丝网印刷 旋涂 有机太阳能电池制作方法 优点成本低质量轻材料来源广泛制备工艺简单可做在柔性衬底上可大面积生产材
6、料的光及电特性可调整 缺点效率低寿命短 有机太阳能电池优缺点 有机聚合物太阳能电池的应用前景可表现在 可穿戴光伏设备 突出的柔性特点 环保特性 楼宇的玻璃幕墙 需要一定量光透过 又能利用剩余太阳能资源 条件比较极端的应用场景 高温 弱光等 便携式小型太阳能设备 材料轻薄 仿生学应用 例如自然界中光合作用第一步光反应的能量转换效率高达42 可以人工合成这种酶 用以大幅度提高光伏器件效率 发展前景 18 行业资讯 有机光伏薄膜领域的行业领先企业HeliatekGmbh 该公司有机光伏电池的电池效率达到了创纪录的12 0 这种有机光伏电池在1 1平方厘米的标准面积上达到12 0 的高效率 它同时采用了两种获专利的吸收材料 可转换不同波长的日光 由于OPV在高温和弱光条件下的独特表现 其12 的破纪录效率与传统光伏技术 如晶体硅和薄膜光伏电池 达到的14 到15 的效率相当 在温度逐渐升高和太阳能辐射逐渐减弱的情况下 这些传统技术的电池效率将明显下降 相比而言 有机电池在同等条件下却能提高效率 从而可在现实环境中实现高得多的能源收集率 行业资讯 20 TheEnd
