第4章有機(jī)柔性太陽能電池

1、 4.14.1概述概述 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1 1、有機(jī)薄膜電池的結(jié)構(gòu)；、有機(jī)薄膜電池的結(jié)構(gòu)； 2 2、有機(jī)薄膜電池材料種類及特性；、有機(jī)薄膜電池材料種類及特性； 3 3、激子概念及類型、激子概念及類型； 4、有機(jī)柔性電池發(fā)電原理；、有機(jī)柔性電池發(fā)電原理； 5、有機(jī)柔性電池的優(yōu)缺點(diǎn)、有機(jī)柔性電池的優(yōu)缺點(diǎn) 4.1 4.1 概述概述 有機(jī)薄膜電池概念有機(jī)薄膜電池概念： 廣義的講有機(jī)太陽能電池主要是利用有機(jī)廣義的講有機(jī)太陽能電池主要是利用有機(jī) 小分子或有機(jī)高聚物來直接或間接將太陽能轉(zhuǎn)小分子或有機(jī)高聚物來直接或間接將太陽能轉(zhuǎn) 變?yōu)殡娔艿钠骷?。變?yōu)殡娔艿钠骷?4.1 4.1 概述概述 有機(jī)薄膜電池的

2、歸類有機(jī)薄膜電池的歸類： 太陽能電池材料類型太陽能電池材料類型 4.1 4.1 概述概述 有機(jī)薄膜電池的發(fā)展歷史有機(jī)薄膜電池的發(fā)展歷史： 有機(jī)太陽能電池是一種正在進(jìn)行研究的新有機(jī)太陽能電池是一種正在進(jìn)行研究的新 型電池。有機(jī)太陽能電池這個概念貌似很新，型電池。有機(jī)太陽能電池這個概念貌似很新， 但其實(shí)它的歷史也不短但其實(shí)它的歷史也不短跟硅基太陽能電池跟硅基太陽能電池 的歷史差不多的歷史差不多 。 第一個有機(jī)光電轉(zhuǎn)化器件是由第一個有機(jī)光電轉(zhuǎn)化器件是由Kearns和和 Calvin在在1958年制備的，其主要材料為鎂酞菁年制備的，其主要材料為鎂酞菁 (MgPc)染料，染料層夾在兩個功函數(shù)不同的電染料

3、，染料層夾在兩個功函數(shù)不同的電 極之間。在那個器件上，他們觀測到了極之間。在那個器件上，他們觀測到了200 mV 的開路電壓，光電轉(zhuǎn)化效率低得讓人都不好意的開路電壓，光電轉(zhuǎn)化效率低得讓人都不好意 思提思提 。 4.1 4.1 概述概述 有機(jī)薄膜電池的發(fā)展歷史有機(jī)薄膜電池的發(fā)展歷史： 1986年，柯達(dá)公司的鄧青云博士年，柯達(dá)公司的鄧青云博士. 光電轉(zhuǎn)化光電轉(zhuǎn)化 效率達(dá)到效率達(dá)到1左右。時至今日這種雙層膜異質(zhì)結(jié)左右。時至今日這種雙層膜異質(zhì)結(jié) 的結(jié)構(gòu)仍然是有機(jī)太陽能電池研究的重點(diǎn)之一。的結(jié)構(gòu)仍然是有機(jī)太陽能電池研究的重點(diǎn)之一。 4.1 4.1 概述概述 有機(jī)薄膜電池的發(fā)展歷史有機(jī)薄膜電池的發(fā)展歷史：

4、 1992年，土耳其人年，土耳其人Sariciftci發(fā)現(xiàn)，激發(fā)態(tài)發(fā)現(xiàn)，激發(fā)態(tài) 的電子能極快地從有機(jī)半導(dǎo)體分子注入到的電子能極快地從有機(jī)半導(dǎo)體分子注入到C60 分子而反向的過程卻要慢得多。分子而反向的過程卻要慢得多。 1993年，年，Sariciftci在此發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上制成在此發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上制成 PPV/C60雙層膜異質(zhì)結(jié)太陽能電池。此后，以雙層膜異質(zhì)結(jié)太陽能電池。此后，以 C60為電子受體的雙層膜異質(zhì)結(jié)型太陽能電池為電子受體的雙層膜異質(zhì)結(jié)型太陽能電池 層出不窮。層出不窮。 4.1 4.1 概述概述 有機(jī)薄膜電池的發(fā)展歷史有機(jī)薄膜電池的發(fā)展歷史： 但激子仍只能在界面區(qū)域分離，離界面較但激子仍只能

5、在界面區(qū)域分離，離界面較 遠(yuǎn)處產(chǎn)生的激子往往還沒移動到界面上就復(fù)合遠(yuǎn)處產(chǎn)生的激子往往還沒移動到界面上就復(fù)合 了。而且有機(jī)材料的導(dǎo)電性很差，在界面上分了。而且有機(jī)材料的導(dǎo)電性很差，在界面上分 離出來的載流子在向電極運(yùn)動的過程中大量損離出來的載流子在向電極運(yùn)動的過程中大量損 失。這兩點(diǎn)限制了雙層膜電池的光電轉(zhuǎn)化效率失。這兩點(diǎn)限制了雙層膜電池的光電轉(zhuǎn)化效率 。 研究人員在雙層膜太陽能電池的基礎(chǔ)上又研究人員在雙層膜太陽能電池的基礎(chǔ)上又 提出了一個重要的概念：混合異質(zhì)結(jié)提出了一個重要的概念：混合異質(zhì)結(jié)(體異質(zhì)結(jié)體異質(zhì)結(jié)) 電池。電池。 4.1 4.1 概述概述 有機(jī)薄膜電池的結(jié)構(gòu)有機(jī)薄膜電池的結(jié)構(gòu)： 1

6、、玻璃、玻璃 2、透明導(dǎo)電極、透明導(dǎo)電極 3、有機(jī)物半導(dǎo)、有機(jī)物半導(dǎo) 體材料體材料 4、金屬電極、金屬電極 4.1 4.1 概述概述 有機(jī)薄膜電池材料的類型及性質(zhì)有機(jī)薄膜電池材料的類型及性質(zhì)： 1、施主材料、施主材料 能夠吸收太陽光并產(chǎn)能夠吸收太陽光并產(chǎn) 生激子（電子生激子（電子-空穴對）空穴對） 容易給出容易給出電子電子，吸收，吸收 空穴空穴 2、受主材料、受主材料 不不能吸收太陽光并產(chǎn)能吸收太陽光并產(chǎn) 生激子（電子生激子（電子-空穴對）空穴對） 容易給出容易給出空穴空穴，吸收，吸收 電子電子 4.1 4.1 概述概述 有機(jī)薄膜電池的結(jié)構(gòu)類型有機(jī)薄膜電池的結(jié)構(gòu)類型： 1、單層膜結(jié)構(gòu)、單層膜結(jié)

7、構(gòu) 兩個金屬電極之間夾一兩個金屬電極之間夾一 層有機(jī)物吸光材料。層有機(jī)物吸光材料。 2、雙層膜結(jié)構(gòu)、雙層膜結(jié)構(gòu) 由一層施主有機(jī)材料由一層施主有機(jī)材料 和一層受主有機(jī)材料構(gòu)成，和一層受主有機(jī)材料構(gòu)成， 交界面為平面。交界面為平面。 4.1 4.1 概述概述 有機(jī)薄膜電池的結(jié)構(gòu)類型有機(jī)薄膜電池的結(jié)構(gòu)類型： 3、體異質(zhì)結(jié)（混合型）、體異質(zhì)結(jié)（混合型） 施主材料和受主材料混合在一起，兩種材料施主材料和受主材料混合在一起，兩種材料 的交界面不是平面。的交界面不是平面。 4.1 4.1 概述概述 激子的概念及激子類型激子的概念及激子類型： 1、激子概念、激子概念 激子是被束縛的電子空穴對，是受激后的準(zhǔn)激子

8、是被束縛的電子空穴對，是受激后的準(zhǔn) 粒子粒子。光照后，電子吸收光子能量后擺脫有機(jī)分。光照后，電子吸收光子能量后擺脫有機(jī)分 子束縛成為自由電子，但是電子子束縛成為自由電子，但是電子-空穴仍相互吸空穴仍相互吸 引而成為激子，即激子是存在相互作用的電子空引而成為激子，即激子是存在相互作用的電子空 穴對。穴對。 4.1 4.1 概述概述 激子的概念及激子類型激子的概念及激子類型： 2、激子類型、激子類型 激子可以分為瓦尼爾激子可以分為瓦尼爾-莫特激子和弗侖克爾莫特激子和弗侖克爾 激子。激子。 瓦尼爾瓦尼爾-莫特激子為松束縛激子，相互作用莫特激子為松束縛激子，相互作用 很弱，對應(yīng)能量為很弱，對應(yīng)能量為0

9、.01eV。存在于晶體硅中。存在于晶體硅中。 弗侖克爾激子為緊束縛激子，相互作用很強(qiáng)，弗侖克爾激子為緊束縛激子，相互作用很強(qiáng)， 對應(yīng)能量為對應(yīng)能量為0.3eV。存在于有機(jī)施主材料中。存在于有機(jī)施主材料中。 4.1 4.1 概述概述 激子的概念及激子類型激子的概念及激子類型： 3、激子自旋方向類型、激子自旋方向類型 單線態(tài)單線態(tài) 激子激子 被激發(fā)的電子自旋方向與基態(tài)電子自旋方向被激發(fā)的電子自旋方向與基態(tài)電子自旋方向 相反。對有機(jī)電池發(fā)電相反。對有機(jī)電池發(fā)電有有貢獻(xiàn)，但復(fù)合非常快，貢獻(xiàn)，但復(fù)合非?？?， 少子壽命非常短（在納秒量級）。少子壽命非常短（在納秒量級）。 三線態(tài)三線態(tài) 激子激子 被激發(fā)的電

10、子自旋方向與基態(tài)電子自旋方向被激發(fā)的電子自旋方向與基態(tài)電子自旋方向 相同。對有機(jī)電池發(fā)電相同。對有機(jī)電池發(fā)電無無貢獻(xiàn)，但復(fù)合非常慢，貢獻(xiàn)，但復(fù)合非常慢， 少子壽命非常長（在毫秒量級）。少子壽命非常長（在毫秒量級）。 4.1 4.1 概述概述 有機(jī)電池光伏發(fā)電原理有機(jī)電池光伏發(fā)電原理： 1、施主材料吸收太陽、施主材料吸收太陽 光，產(chǎn)生單線態(tài)激子。光，產(chǎn)生單線態(tài)激子。 2、激子從施主材料擴(kuò)、激子從施主材料擴(kuò) 散到界面處發(fā)生分離。散到界面處發(fā)生分離。 3、空穴通過施主材料、空穴通過施主材料 傳輸?shù)酵该麟姌O處，并傳輸?shù)酵该麟姌O處，并 被電極收集。被電極收集。 4、電子通過受主材料、電子通過受主材料 傳

11、輸?shù)诫姌O處，并被金傳輸?shù)诫姌O處，并被金 屬電極收集。屬電極收集。 4.1 4.1 概述概述 有機(jī)電池光伏發(fā)電損耗有機(jī)電池光伏發(fā)電損耗： 1、單線態(tài)激子壽命很、單線態(tài)激子壽命很 短，很容易重新復(fù)合。短，很容易重新復(fù)合。 2、分離后的電子和空、分離后的電子和空 穴在界面處又可能重新穴在界面處又可能重新 復(fù)合。復(fù)合。 3、半導(dǎo)體導(dǎo)電性差造、半導(dǎo)體導(dǎo)電性差造 成串聯(lián)電阻損失。成串聯(lián)電阻損失。 4.1 4.1 概述概述 有機(jī)柔性電池的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)柔性電池的優(yōu)點(diǎn)： 1、設(shè)備成本低。、設(shè)備成本低。 2、原材料用量少（、原材料用量少（100納米）。納米）。 3、電性能可調(diào)，可以按照需、電性能可調(diào)，可以按照需 要合

12、成有機(jī)物，調(diào)節(jié)吸收光譜要合成有機(jī)物，調(diào)節(jié)吸收光譜 和導(dǎo)電特性。和導(dǎo)電特性。 4.1 4.1 概述概述 有機(jī)柔性電池的缺點(diǎn)有機(jī)柔性電池的缺點(diǎn)： 1、電子、電子-空穴分離較難?？昭ǚ蛛x較難。 2、有機(jī)物半導(dǎo)體導(dǎo)電性差，損耗大。、有機(jī)物半導(dǎo)體導(dǎo)電性差，損耗大。 3、轉(zhuǎn)換效率衰減快，使用壽命低于無機(jī)半導(dǎo)體、轉(zhuǎn)換效率衰減快，使用壽命低于無機(jī)半導(dǎo)體 電池。電池。 4、器件不易封裝嚴(yán)密，易受潮而失效。、器件不易封裝嚴(yán)密，易受潮而失效。 第二次作業(yè)第二次作業(yè) 1、通過對比無機(jī)薄膜電池的發(fā)電量比晶體硅電、通過對比無機(jī)薄膜電池的發(fā)電量比晶體硅電 池的年發(fā)電量要高，簡述主要原因。池的年發(fā)電量要高，簡述主要原因。 2

13、、簡述薄膜電池有哪些優(yōu)點(diǎn)。、簡述薄膜電池有哪些優(yōu)點(diǎn)。 3、簡述在非晶硅三結(jié)疊層電池中，各結(jié)電池材、簡述在非晶硅三結(jié)疊層電池中，各結(jié)電池材 料的特點(diǎn)。料的特點(diǎn)。 第三次作業(yè)第三次作業(yè) 1、簡述鎵銦銅硒（、簡述鎵銦銅硒（CIGS）電池有哪些優(yōu)勢。）電池有哪些優(yōu)勢。 2、簡述大規(guī)模發(fā)展鎵銦銅硒和碲化鎘電池會遇、簡述大規(guī)模發(fā)展鎵銦銅硒和碲化鎘電池會遇 到什么問題。到什么問題。 3、簡述有機(jī)電池光伏發(fā)電原理。、簡述有機(jī)電池光伏發(fā)電原理。 4.24.2體異質(zhì)結(jié)電池體異質(zhì)結(jié)電池 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1 1、雙層膜電池結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)；、雙層膜電池結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)； 2 2、體異質(zhì)結(jié)電池結(jié)構(gòu)優(yōu)、缺點(diǎn)體異質(zhì)結(jié)電池結(jié)構(gòu)優(yōu)、缺點(diǎn)

14、； 3 3、體異質(zhì)結(jié)電池產(chǎn)生激子后的三種情況；體異質(zhì)結(jié)電池產(chǎn)生激子后的三種情況； 4、施主、施主-受主界面的形式類型；受主界面的形式類型； 5、施主、受主材料、施主、受主材料 4.24.2體異質(zhì)結(jié)電池體異質(zhì)結(jié)電池 雙層膜電池結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)雙層膜電池結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)： 1、電由于激子壽命非常短，在還沒有擴(kuò)散到交、電由于激子壽命非常短，在還沒有擴(kuò)散到交 界面分離時，就復(fù)合掉了。界面分離時，就復(fù)合掉了。 4.24.2體異質(zhì)結(jié)電池體異質(zhì)結(jié)電池 體異質(zhì)結(jié)電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)、缺點(diǎn)體異質(zhì)結(jié)電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)、缺點(diǎn)： 1、縮短了激子擴(kuò)散到交界面的距離，從而減少、縮短了激子擴(kuò)散到交界面的距離，從而減少 了激子的復(fù)合。了激子的復(fù)合。 2、

15、受主材料變薄，受主吸收電子能力變差。、受主材料變薄，受主吸收電子能力變差。 4.24.2體異質(zhì)結(jié)電池體異質(zhì)結(jié)電池 體異質(zhì)結(jié)中產(chǎn)生激子后的三種情況體異質(zhì)結(jié)中產(chǎn)生激子后的三種情況： 1、擴(kuò)散到界面處分離為電、擴(kuò)散到界面處分離為電 子子-空穴?？昭ā?2、激子復(fù)合。、激子復(fù)合。 3、分離后的電子、分離后的電子-空穴重新空穴重新 回到界面處復(fù)合?；氐浇缑嫣帍?fù)合。 4.24.2體異質(zhì)結(jié)電池體異質(zhì)結(jié)電池 施主、受主界面形式施主、受主界面形式： 1、雙層膜異質(zhì)結(jié)。、雙層膜異質(zhì)結(jié)。 2、體異質(zhì)結(jié)。、體異質(zhì)結(jié)。 3、分子異質(zhì)結(jié)。、分子異質(zhì)結(jié)。 4.24.2體異質(zhì)結(jié)電池體異質(zhì)結(jié)電池 施主、受主界面形式施主、受主界

16、面形式： 4、雙軸型聚合物。、雙軸型聚合物。 4.24.2體異質(zhì)結(jié)電池體異質(zhì)結(jié)電池 施主、受主材料施主、受主材料： 1、施主材料。、施主材料。 常用不摻雜的共軛聚合物作施主材料，具有常用不摻雜的共軛聚合物作施主材料，具有 可溶性，可溶性， 4.24.2體異質(zhì)結(jié)電池體異質(zhì)結(jié)電池 施主、受主材料施主、受主材料： 2、受主材料。、受主材料。 富勒烯衍生物作為受主材料，高度可溶。富勒烯衍生物作為受主材料，高度可溶。 4.34.3有機(jī)柔性電池優(yōu)化有機(jī)柔性電池優(yōu)化 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1 1、有機(jī)柔性電池優(yōu)化方向；、有機(jī)柔性電池優(yōu)化方向； 2 2、效率機(jī)極限計(jì)算；、效率機(jī)極限計(jì)算； 3 3、有機(jī)雙結(jié)疊層

17、電池、有機(jī)雙結(jié)疊層電池； 4.3 4.3 有機(jī)柔性電池優(yōu)化有機(jī)柔性電池優(yōu)化 有機(jī)柔性電池優(yōu)化方向有機(jī)柔性電池優(yōu)化方向： 1、促進(jìn)電子、促進(jìn)電子-空穴的分離，減少復(fù)合。空穴的分離，減少復(fù)合。 增加退火工藝和改進(jìn)溶劑增加退火工藝和改進(jìn)溶劑 2、加快載流子的傳輸減小串聯(lián)電阻損耗。、加快載流子的傳輸減小串聯(lián)電阻損耗。 改善施主、受主材料排列的整齊性改善施主、受主材料排列的整齊性 3、增加吸光的波長范圍、增加吸光的波長范圍 采用疊層電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用疊層電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.3 4.3 有機(jī)柔性電池優(yōu)化有機(jī)柔性電池優(yōu)化 Shockley-QueisserShockley-Queisser效率極限計(jì)算：效率極限

18、計(jì)算： 1、課本理論計(jì)算假設(shè)條件。、課本理論計(jì)算假設(shè)條件。 2、有機(jī)物電池理論效率極限低于無機(jī)物電池理、有機(jī)物電池理論效率極限低于無機(jī)物電池理 論效率極限。論效率極限。 3、有機(jī)物電池理論效率極限與吸光層的厚度及、有機(jī)物電池理論效率極限與吸光層的厚度及 復(fù)合強(qiáng)度有關(guān)。復(fù)合強(qiáng)度有關(guān)。 4、有機(jī)物的最佳帶隙大于無機(jī)物的最佳帶隙、有機(jī)物的最佳帶隙大于無機(jī)物的最佳帶隙 4.3 4.3 有機(jī)柔性電池優(yōu)化有機(jī)柔性電池優(yōu)化 有機(jī)雙結(jié)疊層電池：有機(jī)雙結(jié)疊層電池： 1、不同電池的吸光材料不同，吸收不、不同電池的吸光材料不同，吸收不 同波段的的入射光。同波段的的入射光。 2、疊層電池的電流，以兩結(jié)電池電流、疊層電

19、池的電流，以兩結(jié)電池電流 中最小的電流為準(zhǔn)。中最小的電流為準(zhǔn)。 3、電壓為兩結(jié)電池電壓之和。、電壓為兩結(jié)電池電壓之和。 4.44.4卷對卷技術(shù)卷對卷技術(shù) 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1 1、有機(jī)柔性電池生產(chǎn)技術(shù)；、有機(jī)柔性電池生產(chǎn)技術(shù)； 2 2、不同溶劑效果對比；、不同溶劑效果對比； 3 3、卷對卷生產(chǎn)工藝、卷對卷生產(chǎn)工藝； 4.4卷對卷技術(shù)卷對卷技術(shù) 有機(jī)柔性電池生產(chǎn)技術(shù)有機(jī)柔性電池生產(chǎn)技術(shù)： 1、噴涂生產(chǎn)技術(shù)。、噴涂生產(chǎn)技術(shù)。 2、涂刷生產(chǎn)技術(shù)。、涂刷生產(chǎn)技術(shù)。 4.4 卷對卷技術(shù)卷對卷技術(shù) 卷對卷生產(chǎn)技術(shù)卷對卷生產(chǎn)技術(shù)： 4.4 卷對卷技術(shù)卷對卷技術(shù) 卷對卷生產(chǎn)技術(shù)卷對卷生產(chǎn)技術(shù)： 4.4 卷

20、對卷技術(shù)卷對卷技術(shù) 噴墨印刷技術(shù)噴墨印刷技術(shù)： 4.4 卷對卷技術(shù)卷對卷技術(shù) 有機(jī)柔性電池生產(chǎn)技術(shù)有機(jī)柔性電池生產(chǎn)技術(shù)：- -油墨油墨 油墨由施主材料、受主材料和溶劑組成。油墨由施主材料、受主材料和溶劑組成。 共軛聚合物為施主材料，富勒烯為受主材料，共軛聚合物為施主材料，富勒烯為受主材料， 溶劑采用四氫化奈（或溶劑采用四氫化奈（或68%的鄰二氯苯和的鄰二氯苯和32% 的均三甲苯）。的均三甲苯）。 4.4 卷對卷技術(shù)卷對卷技術(shù) 有機(jī)柔性電池生產(chǎn)技術(shù)有機(jī)柔性電池生產(chǎn)技術(shù)：-ITO-ITO緩沖層緩沖層 聚乙撐二氧噻吩聚乙撐二氧噻吩-聚乙烯磺酸鹽（聚乙烯磺酸鹽（PEDOT- PPS）。）。 4.4 卷

21、對卷技術(shù)卷對卷技術(shù) 有機(jī)柔性電池生產(chǎn)技術(shù)有機(jī)柔性電池生產(chǎn)技術(shù)：- -電池均勻性控電池均勻性控 制制 1、油墨的濃度、黏度和溫度的穩(wěn)定性；、油墨的濃度、黏度和溫度的穩(wěn)定性； 2、機(jī)械結(jié)構(gòu)精密保證噴涂壓力穩(wěn)定；、機(jī)械結(jié)構(gòu)精密保證噴涂壓力穩(wěn)定； 3、襯底移動速度穩(wěn)定、襯底移動速度穩(wěn)定 4.4 卷對卷技術(shù)卷對卷技術(shù) 不同溶劑效果對比不同溶劑效果對比 1、采用四氫化奈溶劑制備的表面比、采用四氫化奈溶劑制備的表面比68%的鄰二的鄰二 氯苯和氯苯和32%的均三甲苯溶劑制備的表面要粗糙。的均三甲苯溶劑制備的表面要粗糙。 2、鄰二氯苯和均三甲苯溶劑制備的電池的短路、鄰二氯苯和均三甲苯溶劑制備的電池的短路 電流和

22、開路電壓都要高。電流和開路電壓都要高。 4.4 卷對卷技術(shù)卷對卷技術(shù) 發(fā)電纖維發(fā)電纖維 1、把太陽能電池集成于紡織品。、把太陽能電池集成于紡織品。 4.5 4.5 涂刷技術(shù)涂刷技術(shù) 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1 1、涂刷技術(shù)基本要素；、涂刷技術(shù)基本要素； 2 2、涂刷技術(shù)基本過程涂刷技術(shù)基本過程； 3 3、涂刷技術(shù)與其它技術(shù)對比；涂刷技術(shù)與其它技術(shù)對比； 4.5 4.5 涂刷技術(shù)涂刷技術(shù) 涂刷技術(shù)基本要素涂刷技術(shù)基本要素： 5 5、涂刷速率、涂刷速率 涂刷速率合適，保證膜層的均勻性。涂刷速率合適，保證膜層的均勻性。 4.5 4.5 涂刷技術(shù)涂刷技術(shù) 涂刷技術(shù)基本工藝過程涂刷技術(shù)基本工藝過程： 1

23、1、油墨通過涂刷均勻涂在緩沖層、油墨通過涂刷均勻涂在緩沖層PEDOT-PSSPEDOT-PSS上；上； 2、將襯底加熱到、將襯底加熱到50度，使溶劑快速揮發(fā)；度，使溶劑快速揮發(fā)； 3、加熱到、加熱到110度退火度退火7min，使聚合物排列更整，使聚合物排列更整 齊。齊。 4.5 4.5 涂刷技術(shù)涂刷技術(shù) 其他薄膜技術(shù)其他薄膜技術(shù)： 1 1、刮片法；、刮片法； 2、旋涂法；、旋涂法； 3、浸涂。、浸涂。 4.5 4.5 涂刷技術(shù)涂刷技術(shù) 涂刷技術(shù)與其他薄膜技術(shù)對比涂刷技術(shù)與其他薄膜技術(shù)對比： 1 1、涂刷技術(shù)制備的薄膜均勻性好及工藝穩(wěn)定重涂刷技術(shù)制備的薄膜均勻性好及工藝穩(wěn)定重 復(fù)性好；因而電池的

24、轉(zhuǎn)換效率要高，且轉(zhuǎn)換效復(fù)性好；因而電池的轉(zhuǎn)換效率要高，且轉(zhuǎn)換效 率波動小。率波動小。 4.5 4.5 涂刷技術(shù)涂刷技術(shù) 涂刷技術(shù)與其他薄膜技術(shù)對比涂刷技術(shù)與其他薄膜技術(shù)對比： 體異質(zhì)結(jié)是一種雙連續(xù)穿插網(wǎng)絡(luò)。體異質(zhì)結(jié)是一種雙連續(xù)穿插網(wǎng)絡(luò)。 4.6 4.6 有機(jī)柔性電池的產(chǎn)業(yè)化有機(jī)柔性電池的產(chǎn)業(yè)化 進(jìn)來有機(jī)太陽能電池效率發(fā)展進(jìn)來有機(jī)太陽能電池效率發(fā)展： 在在2011年年7月，加州大學(xué)洛杉磯分校加州納月，加州大學(xué)洛杉磯分校加州納 米技術(shù)研究院。制成的設(shè)備具有新的米技術(shù)研究院。制成的設(shè)備具有新的“串聯(lián)串聯(lián)” 結(jié)構(gòu)，可以結(jié)合多個電池，具有不同的吸收頻結(jié)構(gòu)，可以結(jié)合多個電池，具有不同的吸收頻 段。這種設(shè)備

25、認(rèn)證的光電轉(zhuǎn)換效率是段。這種設(shè)備認(rèn)證的光電轉(zhuǎn)換效率是8.62。 進(jìn)一步，研究人員集成了一種新的紅外吸進(jìn)一步，研究人員集成了一種新的紅外吸 收高分子材料，這種材料的開發(fā)者是日本住友收高分子材料，這種材料的開發(fā)者是日本住友 化學(xué)公司，光電轉(zhuǎn)換效率躍升至化學(xué)公司，光電轉(zhuǎn)換效率躍升至10.6。 4.6 4.6 有機(jī)柔性電池的產(chǎn)業(yè)化有機(jī)柔性電池的產(chǎn)業(yè)化 有機(jī)太陽能電池效率提升方向有機(jī)太陽能電池效率提升方向 4.6 4.6 有機(jī)柔性電池的產(chǎn)業(yè)化有機(jī)柔性電池的產(chǎn)業(yè)化 有機(jī)太陽能電池效率提升方向有機(jī)太陽能電池效率提升方向 1、使聚合物形成小于、使聚合物形成小于10納米的納米結(jié)構(gòu)，排列納米的納米結(jié)構(gòu)，排列 更加

26、整齊有序；更加整齊有序； 2、開發(fā)窄帶隙聚合物（、開發(fā)窄帶隙聚合物（1ev），提高導(dǎo)電性），提高導(dǎo)電性 （載流子遷移率）；（載流子遷移率）； 3、提高施主、受主界面能級差，有效分離電子、提高施主、受主界面能級差，有效分離電子 -空穴（激子）；空穴（激子）； 4.6 4.6 有機(jī)柔性電池的產(chǎn)業(yè)化有機(jī)柔性電池的產(chǎn)業(yè)化 美國科納卡美國科納卡(Konarka)公司公司-有機(jī)柔性電池有機(jī)柔性電池 6.2 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 8、納米天線太陽能電池技術(shù)、納米天線太陽能電池技術(shù)： 采用納米材料結(jié)構(gòu)，利用光是一種電磁波，采用納米材料結(jié)構(gòu)，利用光是一種電磁波， 利用天線對電磁波吸收的原理制

27、成。利用天線對電磁波吸收的原理制成。 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1 1、第三代太陽能電池技術(shù)的類型、第三代太陽能電池技術(shù)的類型 2 2、各種太陽能電池技術(shù)的特點(diǎn)、各種太陽能電池技術(shù)的特點(diǎn) 3 3、量子點(diǎn)和量子阱太陽能電池、量子點(diǎn)和量子阱太陽能電池 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 量子點(diǎn)太陽能電池量子點(diǎn)太陽能電池量子點(diǎn)材料：量子點(diǎn)材料： 量子點(diǎn)量子點(diǎn)(QuantumDots一一QDs)是準(zhǔn)零維的是準(zhǔn)零維的 納米材料，由少量的原子所構(gòu)成。是指顆粒半納米材料，由少量的原子所構(gòu)成。是指顆粒半 徑徑(或三個維度的尺寸或三個維度的尺寸)小于材料激子玻爾半徑的

28、小于材料激子玻爾半徑的 金屬或半導(dǎo)體顆粒，因此量子點(diǎn)又被稱為金屬或半導(dǎo)體顆粒，因此量子點(diǎn)又被稱為“人人 造原子造原子”。 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 量子點(diǎn)太陽能電池量子點(diǎn)太陽能電池量子點(diǎn)材料特點(diǎn)：量子點(diǎn)材料特點(diǎn)： 1、具有多載流子效應(yīng)：一個光子產(chǎn)生多個電子、具有多載流子效應(yīng)：一個光子產(chǎn)生多個電子 -空穴對?？昭▽?。 2、具有熱載流子效應(yīng)：在量子點(diǎn)中，熱載流子、具有熱載流子效應(yīng)：在量子點(diǎn)中，熱載流子 冷卻速率會戲劇性地減少。冷卻速率會戲劇性地減少。 3、具有多帶隙的特征。、具有多帶隙的特征。 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 量子點(diǎn)太陽能的結(jié)構(gòu)類型：量子點(diǎn)太陽能的結(jié)構(gòu)類型

29、： 1、PiN結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)太陽能電池。結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)太陽能電池。 2、染料敏化量子點(diǎn)太陽能電池染料敏化量子點(diǎn)太陽能電池。 3、量子點(diǎn)分布在有機(jī)物太陽能電池中。量子點(diǎn)分布在有機(jī)物太陽能電池中。 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 量子點(diǎn)太陽能電池結(jié)構(gòu)類型及特點(diǎn)：量子點(diǎn)太陽能電池結(jié)構(gòu)類型及特點(diǎn)： 1、PiN結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)太陽能電池。結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)太陽能電池。 量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)位于電池的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)位于電池的i層。起到吸收太陽層。起到吸收太陽 能光，產(chǎn)生載流子的作用。能光，產(chǎn)生載流子的作用。 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 量子點(diǎn)太陽能電池結(jié)構(gòu)類型及特點(diǎn)：量子點(diǎn)太陽能電池結(jié)構(gòu)類型及特點(diǎn)： 2、染料敏化量子

30、點(diǎn)太陽能電池。、染料敏化量子點(diǎn)太陽能電池。 量子點(diǎn)敏化電池是用量子點(diǎn)替代染料分子。量子點(diǎn)敏化電池是用量子點(diǎn)替代染料分子。 相對于染料分子，量子點(diǎn)具有光學(xué)特性可調(diào)、相對于染料分子，量子點(diǎn)具有光學(xué)特性可調(diào)、 與固態(tài)空穴導(dǎo)體形成更好的異質(zhì)結(jié)、以及具有與固態(tài)空穴導(dǎo)體形成更好的異質(zhì)結(jié)、以及具有 多載流子效應(yīng)等優(yōu)勢。多載流子效應(yīng)等優(yōu)勢。 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 量子點(diǎn)太陽能電池結(jié)構(gòu)類型及特點(diǎn)：量子點(diǎn)太陽能電池結(jié)構(gòu)類型及特點(diǎn)： 2、染料敏化量子點(diǎn)太陽能電池。、染料敏化量子點(diǎn)太陽能電池。 量子點(diǎn)敏化疊層電池，采用不同帶隙寬度量子點(diǎn)敏化疊層電池，采用不同帶隙寬度 的量子點(diǎn)材料吸收不同波段的太陽

31、光。的量子點(diǎn)材料吸收不同波段的太陽光。 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 量子點(diǎn)太陽能電池結(jié)構(gòu)類型及特點(diǎn)：量子點(diǎn)太陽能電池結(jié)構(gòu)類型及特點(diǎn)： 3、量子點(diǎn)分布在有機(jī)物太陽能電池中。、量子點(diǎn)分布在有機(jī)物太陽能電池中。 量子點(diǎn)分散在電子導(dǎo)電聚合物和空穴導(dǎo)電量子點(diǎn)分散在電子導(dǎo)電聚合物和空穴導(dǎo)電 聚合物的混合物中（是基于量子點(diǎn)發(fā)光二極管聚合物的混合物中（是基于量子點(diǎn)發(fā)光二極管 的反結(jié)構(gòu)）。的反結(jié)構(gòu)）。 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1 1、第三代太陽能電池技術(shù)的類型、第三代太陽能電池技術(shù)的類型 2 2、各種太陽能電池技術(shù)的特點(diǎn)、各種太陽能電池技術(shù)的特點(diǎn) 3 3、量

32、子點(diǎn)和、量子點(diǎn)和量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 量子阱太陽能電池結(jié)構(gòu)類型：量子阱太陽能電池結(jié)構(gòu)類型： 1、量子阱電池采用、量子阱電池采用p-i-n結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)； 2、i層為電池的吸光材料，采用量子阱結(jié)構(gòu)；層為電池的吸光材料，采用量子阱結(jié)構(gòu)； 3、量子阱是厚度滿足某種條件的薄膜，包括多、量子阱是厚度滿足某種條件的薄膜，包括多 層交替分布的勢壘層和勢阱層層交替分布的勢壘層和勢阱層 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 量子阱太陽能電池結(jié)構(gòu)類型：量子阱太陽能電池結(jié)構(gòu)類型： 4、i層能帶結(jié)構(gòu)層能帶結(jié)構(gòu) 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 應(yīng)力平衡量子阱

33、太陽能電池特點(diǎn)：應(yīng)力平衡量子阱太陽能電池特點(diǎn)： 1、吸光范圍可以調(diào)節(jié)，易于做成多結(jié)疊層、吸光范圍可以調(diào)節(jié)，易于做成多結(jié)疊層； 2、晶體結(jié)構(gòu)缺陷少；、晶體結(jié)構(gòu)缺陷少； 3、在高倍（大、在高倍（大200倍）聚光應(yīng)用的情況下，能倍）聚光應(yīng)用的情況下，能 夠重新吸收輻射復(fù)合發(fā)出的光子發(fā)電；夠重新吸收輻射復(fù)合發(fā)出的光子發(fā)電； 6.2 量子阱太陽能電池量子阱太陽能電池 應(yīng)力平衡量子阱太陽能電池特點(diǎn)：應(yīng)力平衡量子阱太陽能電池特點(diǎn)： 4、具有更高的開路電壓，因?yàn)轱柡碗娏鞯?、具有更高的開路電壓，因?yàn)轱柡碗娏鞯汀?6.3 納米太陽能電池納米太陽能電池 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1 1、納米太陽能電池概念、納米太陽能電

34、池概念 2 2、納米太陽能電池種類、納米太陽能電池種類 3 3、納米太陽能電池優(yōu)點(diǎn)、納米太陽能電池優(yōu)點(diǎn) 6.3 納米太陽能電池納米太陽能電池 納米太陽能電池概念納米太陽能電池概念 將納米技術(shù)應(yīng)用于太陽能電池或太陽能電將納米技術(shù)應(yīng)用于太陽能電池或太陽能電 池中具有納米結(jié)構(gòu)，都可叫納米太陽能電池。池中具有納米結(jié)構(gòu)，都可叫納米太陽能電池。 6.3 納米太陽能電池納米太陽能電池 納米太陽能電池種類納米太陽能電池種類 1 1、鉑（、鉑（PtPt）電極納米化）電極納米化 2 2、叢林狀或織物狀砷化鎵（、叢林狀或織物狀砷化鎵（GaAsGaAs）納米線作為）納米線作為 吸光層吸光層 3 3、采用納米金顆粒對透

35、明導(dǎo)電膜進(jìn)行改性、采用納米金顆粒對透明導(dǎo)電膜進(jìn)行改性 4 4、叢林狀納米片砷化銦（叢林狀納米片砷化銦（InAs）作吸光層）作吸光層 6.3 納米太陽能電池納米太陽能電池 納米太陽能電池優(yōu)點(diǎn)納米太陽能電池優(yōu)點(diǎn) 1 1、增加太陽光的吸收、增加太陽光的吸收 2 2、減少電極材料消耗、減少電極材料消耗 3 3、改善透明導(dǎo)電膜的性能，如厚度、導(dǎo)電率及、改善透明導(dǎo)電膜的性能，如厚度、導(dǎo)電率及 柔性柔性 4 4、縮短載流子收集距離，減少能量損失縮短載流子收集距離，減少能量損失 5、減低對襯底的要求、減低對襯底的要求 6.4石墨烯太陽能電池石墨烯太陽能電池 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1 1、石墨烯材料特點(diǎn)、石墨烯

36、材料特點(diǎn) 2 2、石墨烯在太陽能電池中的應(yīng)用、石墨烯在太陽能電池中的應(yīng)用 6.4石墨烯太陽能電池石墨烯太陽能電池 石墨烯材料特點(diǎn)：石墨烯材料特點(diǎn)： 1 1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具有六角形兩維晶格排列單原子、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具有六角形兩維晶格排列單原子 層薄膜結(jié)構(gòu)，厚度只有層薄膜結(jié)構(gòu)，厚度只有0.20.2納米納米 2 2、電子運(yùn)動非?？?，導(dǎo)電率極高、電子運(yùn)動非?？欤瑢?dǎo)電率極高 3、物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 4、制備工藝簡單，大規(guī)模生產(chǎn)成本低、制備工藝簡單，大規(guī)模生產(chǎn)成本低 6.4石墨烯太陽能電池石墨烯太陽能電池 石墨烯在太陽能電池中應(yīng)用：石墨烯在太陽能電池中應(yīng)用： 1 1、用作透明導(dǎo)電膜、用作透明導(dǎo)電膜 2 2、用作電池吸光材料，帶隙為、用作電池吸光材料，帶隙為0.26eV0.26eV，效率有，效率有 待于進(jìn)一步提高待于進(jìn)一步提高 6.5 納米天線太陽能電池納米天線太陽能電池 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1 1、納米天線太陽能電池概念、納米天線太陽能電池概念 2 2、