有機(jī)光伏電池OPV發(fā)展報(bào)告

1、有機(jī)光伏太陽能電池有機(jī)光伏太陽能電池organic photovoltaic solar cell2 目目 錄錄 太陽能電池研究概述太陽能電池研究概述 OPV發(fā)展歷程發(fā)展歷程 OPV實(shí)現(xiàn)原理實(shí)現(xiàn)原理 前景展望前景展望 行業(yè)資訊行業(yè)資訊太陽能電池研究概述太陽能電池研究概述太陽能電池研究概述太陽能電池研究概述年人均用電量（度）年人均用電量（度）國家發(fā)達(dá)指數(shù)國家發(fā)達(dá)指數(shù)能源是國家發(fā)展的動力：能源是國家發(fā)展的動力：隨著人口增長，人們生活水平提高，能源需求激增，發(fā)展清潔可清潔可再生新能源再生新能源成為當(dāng)務(wù)之急！歐美發(fā)達(dá)工業(yè)型國家歐美發(fā)達(dá)工業(yè)型國家發(fā)展中國家發(fā)展中國家中國中國非洲落后非洲落后農(nóng)業(yè)型國家農(nóng)業(yè)

2、型國家太陽能電池研究概述太陽能電池研究概述水利發(fā)電水利發(fā)電風(fēng)能發(fā)電風(fēng)能發(fā)電太陽能發(fā)電太陽能發(fā)電太陽能熱水器太陽能熱水器核能發(fā)電核能發(fā)電各種可再生能源對比各種可再生能源對比:水利與風(fēng)能水利與風(fēng)能：受地形和氣候限制太陽能熱水太陽能熱水：熱能不如電能方便核能核能：核廢料的處理，日本核危機(jī)引發(fā)核安全擔(dān)憂太陽能發(fā)電太陽能發(fā)電： 太陽能廣泛存在（全球都有日照）； 太陽能豐富充足（1小時地表太陽能等于世界1年使用能量）； 太陽能持續(xù)穩(wěn)定（太陽至少持續(xù)發(fā)光十億年）中國年太陽總輻射量分布中國年太陽總輻射量分布地?zé)岬責(zé)崞渌渌枱崽枱峁夥夥L(fēng)力風(fēng)力生物質(zhì)生物質(zhì)水電水電核能核能天然氣天然氣煤煤石油石油全球能源

3、組成結(jié)構(gòu)：全球能源組成結(jié)構(gòu)：太陽能光伏發(fā)電未來將保持高速增長，一百年內(nèi)取代傳統(tǒng)化石燃料成為主要能源！太陽能發(fā)電是一個朝陽產(chǎn)業(yè)朝陽產(chǎn)業(yè)！關(guān)鍵：光伏發(fā)電成本光伏發(fā)電成本1%6%25%60%1%光伏太陽能電池年產(chǎn)量高速增長：光伏太陽能電池年產(chǎn)量高速增長：其它其它美國美國臺灣地區(qū)臺灣地區(qū)中國大陸中國大陸歐洲歐洲日本日本9有機(jī)太陽能電池這個概念貌似很新，但其實(shí)它的歷史也不短跟硅基太陽能電池的歷史差不多。第一個硅基太陽能電池是貝爾實(shí)驗(yàn)室在1954年制造出來的，它的太陽光電轉(zhuǎn)化效率約為6；而第一個有機(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

4、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200 mV的開路電壓，光電轉(zhuǎn)化效率低得讓人都不好意思提。OPVOPV發(fā)展歷程發(fā)展歷程10 此后二十多年間，有機(jī)太陽能電池領(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，只不過是在兩個功函數(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)了一個里程碑式的突破。實(shí)現(xiàn)這個突破的是位華人，柯達(dá)公司的鄧青云博士。這個時代的有機(jī)太陽能電池所采用的有機(jī)材料，主要還是具有高可見光吸收效率的有機(jī)染料。（1%）！OPVOPV發(fā)展歷程發(fā)展歷程11OPVOPV發(fā)展歷程發(fā)展歷程 美國加州伯克利分?？茖W(xué)家在美國加州伯克利分?？茖W(xué)家在2002年利用

5、塑料納米技術(shù)研制年利用塑料納米技術(shù)研制出第一代塑料太陽能電池，可以出第一代塑料太陽能電池，可以安裝在一系列便攜式設(shè)備及可穿安裝在一系列便攜式設(shè)備及可穿戴式電子設(shè)備上。提供戴式電子設(shè)備上。提供07V的的電壓。電壓。價格低、易成型，通過化學(xué)修價格低、易成型，通過化學(xué)修飾調(diào)控性能。飾調(diào)控性能。12有機(jī)太陽電池光電轉(zhuǎn)換過程：有機(jī)太陽電池光電轉(zhuǎn)換過程：1)1)入射光在有機(jī)聚合物中的吸收；入射光在有機(jī)聚合物中的吸收；2) 2) 產(chǎn)生激子；產(chǎn)生激子；3) 3) 激子向給體激子向給體/ /受體界面的擴(kuò)散；受體界面的擴(kuò)散；4) 4) 激子在給體激子在給體/ /受體界面上的電荷分離，產(chǎn)生給體受體界面上的電荷分離，

6、產(chǎn)生給體HOMOHOMO能級能級上的空穴和受體上的空穴和受體LUMOLUMO上的電子；上的電子； OPVOPV實(shí)現(xiàn)原理實(shí)現(xiàn)原理HOMOHOMOLUMOLUMO下電極上電極給體給體受體受體 h真空吸收光子產(chǎn)生激子 (電子空穴對)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)太陽能電池原理有機(jī)太陽能電池原理。 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組成，呈中有機(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組成，呈中性，對電池收集電流并沒有貢獻(xiàn)。最關(guān)鍵的是產(chǎn)生的激子向給體性，對電池收集電流并沒有貢獻(xiàn)。最關(guān)鍵的是產(chǎn)生的激子向給體/受體界面擴(kuò)散，受

7、體界面擴(kuò)散，在界面勢場的作用下發(fā)生電子和空穴的分離，一旦分離以后產(chǎn)生的載流子才對電在界面勢場的作用下發(fā)生電子和空穴的分離，一旦分離以后產(chǎn)生的載流子才對電池有貢獻(xiàn)！池有貢獻(xiàn)！-0.20.00.20.40.60.8-10-8-6-4-20 J (mA/cm2)V (V)太陽能電池PinVJFFPinSIVPCEocsc*)(maxmax能量轉(zhuǎn)換效率能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)(PCE)： 太陽電池受光面積的最大輸出功率（太陽電池受光面積的最大輸出功率（PmaxPmax）與入射的太陽光能量密度）與入射的太陽光能量密度（PlightPlight）的百分比。）的百分比。R(JV)maxJscVocR (0,

8、)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)太陽能電池制作方法有機(jī)太陽能電池制作方法優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 成本低成本低 質(zhì)量輕質(zhì)量輕 材料來源廣泛材料來源廣泛 制備工藝簡單制備工藝簡單 可做在柔性襯底上可做在柔性襯底上 可大面積生產(chǎn)可大面積生產(chǎn) 材料的光及電特性材料的光及電特性可調(diào)整可調(diào)整缺點(diǎn)缺點(diǎn) 效率低效率低 壽命短壽命短有機(jī)太陽能電池優(yōu)缺點(diǎn)有機(jī)太陽能電池優(yōu)缺點(diǎn)有機(jī)聚合物太陽能電池的應(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，又能利用剩余太陽能資源），條件比較極端的應(yīng)用場景（高溫，弱光等），便攜式小型太陽能設(shè)備（材料輕?。┓律鷮W(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)展前景發(fā)展前景18行業(yè)資訊行業(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，它同時采用了兩種獲專利的吸收材料，可轉(zhuǎn)換不同波長的日光。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