太阳能电池简介 无机太阳能电池 制造工艺大多使用梯度升温,高真空,多步平板印刷技术等,成本高昂 ·半导体具有的高载流子迁移速率,无机太阳能电池一般都具有10%左右 的太阳能转化效率(最高达30% 聚合物太阳能电池 ·制造工艺采用价格低廉的溶剂法 由于广泛存在的电子陷阱,其电子电子迁移速率低下低于104cm v's),其太阳能转化效率最高只有25% 将两者优势结合,制造新型的太阳能电池
太阳能电池简介 无机太阳能电池 聚合物太阳能电池 • 制造工艺大多使用梯度升温,高真空,多步平板印刷技术等,成本高昂 • 半导体具有的高载流子迁移速率,无机太阳能电池一般都具有10%左右 的太阳能转化效率(最高达30%) • 制造工艺采用价格低廉的溶剂法 • 由于广泛存在的电子陷阱,其电子电子迁移速率低下(低于10-4 cm- 1 V -1 s -1 ),其太阳能转化效率最高只有2.5% 将两者优势结合,制造新型的太阳能电池
太阳能电池 12 8E与oo6 8 6 2 0100200300400500600700 Photovoltage /m 图11染料敏化纳米晶太阳能电池的I-V曲线
太阳能电池
太阳能电池简介 无机半导体太阳能电池 负载 3. 当p型半导体和n型半导体结合在 起时,n区的自由电子会扩散至P区; 于是电子和空穴在pn结区域内相互 扩散。一旦达到平衡,在pn结区域 N型半导体 就形成一个“内电场” N区电子与P区空穴1 相互扩触的交界区域 P型半导体 2.太阳光冲击光电池,产生载流子,被 内电场吸收,在电场作用下,电子由 p层向n层移动(空穴反之)。 N型半导体 PN结 3.外部电路存在时,电子从n层经外 P型半导体 部电路回到p层,以纠正电荷平衡, 于是产生电流。 吸收光子 形成电流 图1.无机半导体太阳能电池工作原理
太阳能电池简介 无机半导体太阳能电池 1.当p型半导体和n型半导体结合在一 起时,n区的自由电子会扩散至P区; 于是电子和空穴在pn结区域内相互 扩散。一旦达到平衡,在pn结区域 就形成一个“内电场”。 2.太阳光冲击光电池,产生载流子,被 内电场吸收,在电场作用下,电子由 p层向n层移动(空穴反之)。 3.外部电路存在时,电子从n层经外 部电路回到p层,以纠正电荷平衡, 于是产生电流。 图1.无机半导体太阳能电池工作原理
太阳能电池简介 聚合物太阳能电池 1.光照下,共轭聚合物电子受激从最 高占有轨道(HOM)迁到最低空轨 道(LUM0),形成束缚的电子空对 active layer (激子)。 I PEDOT: PSS 2.激子扩散到D/A异质结交界,发生 电荷分离,给体中的激子将电子转 移给受体,受体中的激子将空穴转 移给给体,实现电荷分离。 bilayer bulk heterojunction 3电子和空穴分别沿受体和给体向负 极和正极传递,通过外部电路,形 成电流。 MEH-PPV PCBM MEH-PPV [6,6]PC61BM 图2.聚合物太阳能电池工作原理
太阳能电池简介 聚合物太阳能电池 1.光照下,共轭聚合物电子受激从最 高占有轨道(HOMO) 迁到最低空轨 道(LUMO), 形成束缚的电子空对 (激子)。 2.激子扩散到D/A异质结交界,发生 电荷分离,给体中的激子将电子转 移给受体, 受体中的激子将空穴转 移给给体, 实现电荷分离。 3.电子和空穴分别沿受体和给体向负 极和正极传递,通过外部电路,形 成电流。 图2.聚合物太阳能电池工作原理
太阳能电池简介 聚合物-无机材料杂化太阳能电池 ·电子更倾向于在高电子亲和性的无 机半导体和离子电势相对较低的有 机分子和聚合物中传递 Anode Organicinorganic ·高电子密度态的聚合物无机半导体 hy Cathode 复合材料使电子传输速率达到很高 Glass 的值 Solar light 图3聚合物无机材料杂化太阳电池 ·可通过低廉的溶液法制备
太阳能电池简介 聚合物-无机材料杂化太阳能电池 • 电子更倾向于在高电子亲和性的无 机半导体和离子电势相对较低的有 机分子和聚合物中传递 • 高电子密度态的聚合物无机半导体 复合材料使电子传输速率达到很高 的值 • 可通过低廉的溶液法制备 图3.聚合物-无机材料杂化太阳电池
聚合物-无机材料杂化太阳能电池 性能表征 含有90wt%60:7 nm CdSe纳米棒 A 0.04 P3HT复合物,能量转化效率为6.9% c0.02 (Ar515nm0.1mW/cm2)(6B)。 Dark 开路电压为0.5V,最大功率点的 0.00 电压为0.4V,填充因子(FF)为0.6。 0.1 mW/cm 持续太阳光下测试(AM1.5GAr), 700 Wavelength(nm) Voltage(V 效率为1.7%,开路电压为0.V, 最大功率点的电压为0.45V,FF=0.4 0.4 填充因子( fill factor,FF是最大输出功率 §3AM1cbal 和电路短路电流和开路电压的乘积之比 020.4 {V} Voltage(V) avelength(nm ∫max 图7.(A)7,30,60:7m外部量子效率(B)|-V曲线,60:7mm SCVOC 器件(Ar515nm01mW/cm2)(0)60:7m器件在AM 1.5光条件下的|-V曲线0)60nm长,直径387m的 器件光电谱
聚合物-无机材料杂化太阳能电池 性能表征 图7.(A)7,30,60:7nm外部量子效率(B)I-V曲线,60:7nm 器件(Ar 515nm 0.1mW/cm2)(C)60:7nm 器件在AM 1.5光条件下的I-V曲线(D)60nm长,直径3&7nm的 器件光电谱 含有90 wt%的60:7nm CdSe纳米棒 P3HT复合物,能量转化效率为6.9% (Ar 515nm 0.1mW/cm2)(6B)。 开路电压为0.5V,最大功率点的 电压为0.4V,填充因子(FF)为0.6。 持续太阳光下测试(AM 1.5G Ar), 效率为1.7%,开路电压为0.7V, 最大功率点的电压为0.45V,FF=0.4。 填充因子(fill factor,FF)是最大输出功率 和电路短路电流和开路电压的乘积之比
聚合物-无机材料杂化太阳能电池 D1,2 Solar Radiation Spectrum 2.5 V: Visible Infrared ss0.8/ E5EE Sunlight at Top of the Atmosphere a15 5250 C Blackbody Spectrum 0.4 Radiation at Sea Level 0.5 Absorption Ban 0.0 400 500 600 700 2505007501000125015001750200022502500 Wavelength(nm) Wavelength(nm) 图7.①)60nm长,直径3&7m的器件光电谱 图8,太阳辐射光谱 Gdse纳米棒和P3HT在可见光部分有互补的吸收光谱。 吸收光谱可通过调节纳米棒的直径(量子局限效应)来最大程度地与 太阳辐射光谱重叠(6D)
聚合物-无机材料杂化太阳能电池 图7.(D)60nm长,直径3&7nm的器件光电谱 图8,太阳辐射光谱 CdSe纳米棒和P3HT在可见光部分有互补的吸收光谱。 吸收光谱可通过调节纳米棒的直径(量子局限效应)来最大程度地与 太阳辐射光谱重叠(6D)
染料敏化太阳能电池 基本原理 DSCs是模仿光合作用原理,研制出来的一种新型太 阳电池,其主要优势是:原材料丰富、成本低、工艺技术相对 简单,无毒、无污染的。 负载 对电极 (Pt) 导电玻璃 电解液 13 (FTO 染料(N719 TIO 纳米晶多孔半导体薄膜
染料敏化太阳能电池 基本原理 DSCs是模仿光合作用原理,研制出来的一种新型太 阳电池,其主要优势是:原材料丰富、成本低、工艺技术相对 简单,无毒、无污染的。 (N719 ) (Pt) (I3 - /I- ) 纳米晶多孔半导体薄膜 (FTO)