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什么是有机太阳能电池?有机太阳能电池结构和原理

有机太阳能电池是由有机材料构成核心部分的太阳能电池,主要是以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料,以光伏效应而产生电压形成电流, 实现太阳能发电的效果。

有机太阳能电池作为新型太阳能电池器件,具备柔性、质量轻、颜色可调、可溶液加工、大面积印刷制备等特点,是目前太阳能电池研究领域的热点。但是效率低是限制其大规模应用的主要原因。

一、有机太阳能电池的原理

有机太阳能电池以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料,以光伏效应而产生电压形成电流。主要的光敏性质的有机材料均具有共轭结构并且有导电性,如酞菁化合物、卟啉、菁(cyanine)等。

二、有机太阳能电池的结构

有机太阳能电池按照半导体的材料可以分为单质结结构、P-N 异质结结构、染料敏化纳米晶结构。

1、单质结结构

单质结结构是以Schotty 势垒为基础原理而制作的有机太阳能电池。其结构为玻璃/金属电极/染料/金属电极,利用了两个电极的功函不同,可以产生一个电场,电子从低功函的金属电极传递到高功函电极从而产生光电流。由于电子—空穴均在同一种材料中传递,所以其光电转化率比较低。

2、P—N

异质结结构P-N 异质结结构是指这种结构具有给体-受体(N 型半导体与P 型半导体)的异质结结构,结构如图5。其中半导体的材料多为染料,如酞菁类化合物、苝四甲醛亚胺类化合物,利用半导体层间的D/A界面(Donor——给体,Acceptor——受体)以及电子—空穴分别在不同的材料中传递的特性,使分离效率提高。Elias Stathatos 等人结合无机以及有机化合物的优点制得的太阳能电池光电转化率在5%~6%。

3、NPC( nanocrystaline photovoltaic cell)染料敏化纳米晶

染料敏化太阳能电池(DSSC)主要是指以染料敏化的多空纳米结构TiO2 薄膜为光阳极的一类太阳能电池。它是仿生植物叶绿素光合作用原理的太阳能电池。而NPC 太阳能电池可选用适当的氧化还原电解质从而使光电效率提高,一般可稳定于10%,并且纳米晶TiO2 制备简便,成本低廉,寿命可观,具有不错的市场前景。

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