有機光伏太陽能電池organicphotovoltaicsolarcell 1 目錄 太陽能電池研究概述OPV發展歷程OPV實現原理前景展望行業資訊 2 太陽能電池研究概述 太陽能電池研究概述 3 年人均用電量 度 國家發達指數 能源是國家發展的動力 隨著人口增長 人們生活水平提高 能源需求激增 發展清潔可再生新能源成為當務之急 歐美發達工業型國家 發展中國家中國 非洲落后農業型國家 太陽能電池研究概述 4 水利發電 風能發電 太陽能發電 太陽能熱水器 核能發電 各種可再生能源對比 水利與風能 受地形和氣候限制 太陽能熱水 熱能不如電能方便 核能 核廢料的處理 日本核危機引發核安全擔憂 太陽能發電是解決能源長期缺口唯一和必然的選擇 太陽能發電 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 太陽能持續穩定 太陽至少持續發光十億年 5 中國年太陽總輻射量分布 6 地熱 其它 太陽熱 光伏 風力 生物質 水電 核能 天然氣 煤 石油 全球能源組成結構 太陽能光伏發電未來將保持高速增長 一百年內取代傳統化石燃料成為主要能源 太陽能發電是一個朝陽產業 關鍵 光伏發電成本 1 6 25 60 1 7 光伏太陽能電池年產量高速增長 其它 美國 臺灣地區 中國大陸 歐洲 日本 8 有機太陽能電池這個概念貌似很新 但其實它的歷史也不短 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驗室在1954年制造出來的 它的太陽光電轉化效率約為6 而第一個有機光電轉化器件是由Kearns和Calvin在1958年制備的 其主要材料為鎂酞菁 MgPc 染料 染料層夾在兩個功函數不同的電極之間 在那個器件上 他們觀測到了200mV的開路電壓 光電轉化效率低得讓人都不好意思提 OPV發展歷程 9 此后二十多年間 有機太陽能電池領域內創新不多 所有報道的器件之結構都類似于1958年版 只不過是在兩個功函數不同的電極之間換用各種有機半導體材料 1986年 行業內出現了一個里程碑式的突破 實現這個突破的是位華人 柯達公司的鄧青云博士 這個時代的有機太陽能電池所采用的有機材料 主要還是具有高可見光吸收效率的有機染料 1 OPV發展歷程 10 OPV發展歷程 美國加州伯克利分?？茖W家在2002年利用塑料納米技術研制出第一代塑料太陽能電池 可以安裝在一系列便攜式設備及可穿戴式電子設備上 提供0 7V的電壓 價格低 易成型 通過化學修飾調控性能 11 有機太陽電池光電轉換過程 1 入射光在有機聚合物中的吸收 2 產生激子 3 激子向給體 受體界面的擴散 4 激子在給體 受體界面上的電荷分離 產生給體HOMO能級上的空穴和受體LUMO上的電子 OPV實現原理 12 HOMO HOMO LUMO LUMO 下電極 上電極 給體 受體 h 真空 吸收光子產生激子 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 電荷產生 傳輸和收集 有機太陽能電池原理 有機電池吸收光以后首先激發的是激子 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 最關鍵的是產生的激子向給體 受體界面擴散 在界面勢場的作用下發生電子和空穴的分離 一旦分離以后產生的載流子才對電池有貢獻 13 太陽能電池 能量轉換效率 PCE 太陽電池受光面積的最大輸出功率 Pmax 與入射的太陽光能量密度 Plight 的百分比 R JV max JscVoc R 0 14 有機薄膜制作方法 膜厚由轉速 溶劑 組成成分和濃度決定 刮刀刀片 絲網印刷 旋涂 有機太陽能電池制作方法 15 優點成本低質量輕材料來源廣泛制備工藝簡單可做在柔性襯底上可大面積生產材料的光及電特性可調整 缺點效率低壽命短 有機太陽能電池優缺點 16 有機聚合物太陽能電池的應用前景可表現在 可穿戴光伏設備 突出的柔性特點 環保特性 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 條件比較極端的應用場景 高溫 弱光等 便攜式小型太陽能設備 材料輕薄 仿生學應用 例如自然界中光合作用第一步光反應的能量轉換效率高達42 可以人工合成這種酶 用以大幅度提高光伏器件效率 發展前景 17 行業資訊 18 有機光伏薄膜領域的行業領先企業HeliatekGmbh 該公司有機光伏電池的電池效率達到了創紀錄的12 0 這種有機光伏電池在1 1平方厘米的標準面積上達到12 0 的高效率 它同時采用了兩種獲專利的吸收材料 可轉換不同波長的日光 由于OPV在高溫和弱光條件下的獨特表現 其12 的破紀錄效率與傳統光伏技術 如晶體硅和薄膜光伏電池 達到的14 到15 的效率相當 在溫度逐漸升高和太陽能輻射逐漸減弱的情況下 這些傳統技術的電池效