1、有機(jī)光伏太陽(yáng)能電池organic photovoltaic solar cell,1,2,目 錄,太陽(yáng)能電池研究概述 OPV發(fā)展歷程 OPV實(shí)現(xiàn)原理 前景展望 行業(yè)資訊,太陽(yáng)能電池研究概述,太陽(yáng)能電池研究概述,3,年人均用電量（度）,國(guó)家發(fā)達(dá)指數(shù),能源是國(guó)家發(fā)展的動(dòng)力：,隨著人口增長(zhǎng)，人們生活水平提高，能源需求激增，發(fā)展清潔可再生新能源成為當(dāng)務(wù)之急！,歐美發(fā)達(dá)工業(yè)型國(guó)家,發(fā)展中國(guó)家 中國(guó),非洲落后 農(nóng)業(yè)型國(guó)家,太陽(yáng)能電池研究概述,4,水利發(fā)電,風(fēng)能發(fā)電,太陽(yáng)能發(fā)電,太陽(yáng)能熱水器,核能發(fā)電,各種可再生能源對(duì)比:,水利與風(fēng)能：受地形和氣候限制,太陽(yáng)能熱水：熱能不如電能方便,核能：核廢料的處理，日本

2、核危機(jī)引發(fā)核安全擔(dān)憂,太陽(yáng)能發(fā)電是解決能源長(zhǎng)期缺口唯一和必然的選擇！,太陽(yáng)能發(fā)電： 太陽(yáng)能廣泛存在（全球都有日照）； 太陽(yáng)能豐富充足（1小時(shí)地表太陽(yáng)能等于世界1年使用能量）； 太陽(yáng)能持續(xù)穩(wěn)定（太陽(yáng)至少持續(xù)發(fā)光十億年）,5,中國(guó)年太陽(yáng)總輻射量分布,6,地?zé)?其它,太陽(yáng)熱,光伏,風(fēng)力,生物質(zhì),水電,核能,天然氣,煤,石油,全球能源組成結(jié)構(gòu)：,太陽(yáng)能光伏發(fā)電未來(lái)將保持高速增長(zhǎng)，一百年內(nèi)取代傳統(tǒng)化石燃料成為主要能源！太陽(yáng)能發(fā)電是一個(gè)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)！ 關(guān)鍵：光伏發(fā)電成本,1%,6%,25%,60%,1%,7,光伏太陽(yáng)能電池年產(chǎn)量高速增長(zhǎng)：,其它,美國(guó),臺(tái)灣地區(qū),中國(guó)大陸,歐洲,日本,8,9,有機(jī)太陽(yáng)能電池這個(gè)

3、概念貌似很新，但其實(shí)它的歷史也不短跟硅基太陽(yáng)能電池的歷史差不多。第一個(gè)硅基太陽(yáng)能電池是貝爾實(shí)驗(yàn)室在1954年制造出來(lái)的，它的太陽(yáng)光電轉(zhuǎn)化效率約為6；而第一個(gè)有機(jī)光電轉(zhuǎn)化器件是由Kearns和Calvin在1958年制備的，其主要材料為鎂酞菁（MgPc）染料，染料層夾在兩個(gè)功函數(shù)不同的電極之間。在那個(gè)器件上，他們觀測(cè)到了200 mV的開路電壓，光電轉(zhuǎn)化效率低得讓人都不好意思提。,OPV發(fā)展歷程,10,此后二十多年間，有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域內(nèi)創(chuàng)新不多，所有報(bào)道的器件之結(jié)構(gòu)都類似于1958年版，只不過(guò)是在兩個(gè)功函數(shù)不同的電極之間換用各種有機(jī)半導(dǎo)體材料。1986年，行業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了一個(gè)里程碑式的突破。實(shí)現(xiàn)這個(gè)

4、突破的是位華人，柯達(dá)公司的鄧青云博士。這個(gè)時(shí)代的有機(jī)太陽(yáng)能電池所采用的有機(jī)材料，主要還是具有高可見(jiàn)光吸收效率的有機(jī)染料。（1%）！,OPV發(fā)展歷程,11,OPV發(fā)展歷程,美國(guó)加州伯克利分?？茖W(xué)家在2002年利用塑料納米技術(shù)研制出第一代塑料太陽(yáng)能電池，可以安裝在一系列便攜式設(shè)備及可穿戴式電子設(shè)備上。提供07V的電壓。,價(jià)格低、易成型，通過(guò)化學(xué)修飾調(diào)控性能。,12,有機(jī)太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換過(guò)程： 1)入射光在有機(jī)聚合物中的吸收； 2) 產(chǎn)生激子； 3) 激子向給體/受體界面的擴(kuò)散； 4) 激子在給體/受體界面上的電荷分離，產(chǎn)生給體HOMO能級(jí)上的空穴和受體LUMO上的電子；,OPV實(shí)現(xiàn)原理,HOMO,

5、HOMO,LUMO,LUMO,下電極,上電極,給體,受體,h,真空,吸收光子產(chǎn)生激子 (電子空穴對(duì)),激子在給體受體界面分離,自由電子和空穴傳輸并被兩極收集,電荷產(chǎn)生，傳輸和收集,有機(jī)太陽(yáng)能電池原理,。,有機(jī)電池吸收光以后首先激發(fā)的是激子，激子由電子和空穴成對(duì)組成，呈中性，對(duì)電池收集電流并沒(méi)有貢獻(xiàn)。最關(guān)鍵的是產(chǎn)生的激子向給體/受體界面擴(kuò)散，在界面勢(shì)場(chǎng)的作用下發(fā)生電子和空穴的分離，一旦分離以后產(chǎn)生的載流子才對(duì)電池有貢獻(xiàn)！,13,太陽(yáng)能電池,能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)： 太陽(yáng)電池受光面積的最大輸出功率（Pmax）與入射的太陽(yáng)光能量密度（Plight）的百分比。,R,(JV)max,JscVoc,R (

6、0, ),14,有機(jī)薄膜制作方法(膜厚由轉(zhuǎn)速、溶劑、組成成分和濃度決定),刮刀刀片,絲網(wǎng)印刷,旋涂,有機(jī)太陽(yáng)能電池制作方法,15,優(yōu)點(diǎn) 成本低 質(zhì)量輕 材料來(lái)源廣泛 制備工藝簡(jiǎn)單 可做在柔性襯底上 可大面積生產(chǎn) 材料的光及電特性可調(diào)整,缺點(diǎn) 效率低 壽命短,有機(jī)太陽(yáng)能電池優(yōu)缺點(diǎn),16,有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的應(yīng)用前景可表現(xiàn)在： 可穿戴光伏設(shè)備（突出的柔性特點(diǎn)，環(huán)保特性）， 樓宇的玻璃幕墻（需要一定量光透過(guò)，又能利用剩余太陽(yáng)能資源）， 條件比較極端的應(yīng)用場(chǎng)景（高溫，弱光等）， 便攜式小型太陽(yáng)能設(shè)備（材料輕?。?仿生學(xué)應(yīng)用（例如自然界中光合作用第一步光反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)42%，可以人工合成這種酶，用以大幅度提高光伏器件效率）,發(fā)展前景,17,18,行業(yè)資訊,有機(jī)光伏薄膜領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)Heliatek Gmbh，該公司有機(jī)光伏電池的電池效率達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的12.0%。這種有機(jī)光伏電池在1.1 平方厘米的標(biāo)準(zhǔn)面積上達(dá)到12.0%的高效率，它同時(shí)采用了兩種獲專利的吸收材料，可轉(zhuǎn)換不同波長(zhǎng)的日光。由于OPV在高溫和弱光條件下的獨(dú)特表現(xiàn)，其12%的破紀(jì)錄效率與傳統(tǒng)光伏技術(shù)（如晶體硅和薄膜光伏電池）達(dá)到的14% 到 15% 的效