上海交通大学：《材料与文明》课程教学资源（学生作业）有机太阳能电池

有机太阳能 电池 船建学院 高晨晔 5140109093

船建学院 高晨晔 5140109093 有机太阳能 电池

有机太阳能电池 ·有机太阳能电池，顾名思义，就是由有机材料构成核心部分的太 阳能电池。主要是以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料， 以光伏效应而产生电压形成电流，实现太阳能发电的效果

有机太阳能电池 • 有机太阳能电池，顾名思义，就是由有机材料构成核心部分的太 阳能电池。主要是以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料， 以光伏效应而产生电压形成电流, 实现太阳能发电的效果

目录 CONTENTS 1 发展历史与工作原理 2 与传统硅基电池对比 3 应用前景

1 发展历史与工作原理 2 与传统硅基电池对比 3 应用前景 目录 CONTENTS

01 历史与原理

01 历史与原理

最初的有机太阳能电池 有机这个概念貌似很新，但其实它的历史也不短一跟硅基太阳能电 池的历史差不多。 第一个硅基太阳能电池是贝尔实验室在1954年制造出来的，它的太阳 光电转化效率接近6%；而第一个有机光电转化器件是由Kearns和 Calvin在1958年制备的，其主要材料为镁酞菁(MgPc)染料，染料 层夹在两个功函数不同的电极之间。在那个器件上，他们观测到了 200mV的开路电压，光电转化效率很低

最初的有机太阳能电池 u 有机这个概念貌似很新，但其实它的历史也不短——跟硅基太阳能电 池的历史差不多。 u 第一个硅基太阳能电池是贝尔实验室在1954年制造出来的，它的太阳 光电转化效率接近6%；而第一个有机光电转化器件是由Kearns和 Calvin在1958年制备的，其主要材料为镁酞菁（MgPc）染料，染料 层夹在两个功函数不同的电极之间。在那个器件上，他们观测到了 200 mV的开路电压，光电转化效率很低

肖特基型有机太阳能电池 此后二十多年间，有机太阳能电池 领域内创新不多。 太阳 所有报道的器件之结构都类似于 1958年版，只不过是在两个功函数 不同的电极之间换用各种有机半导 体材料。有机半导体丙的电子在光 透明电极(1T0) 照下被从HOMO能级激发到LUMO 阳极缓冲材料 能级，产生一对电子和空穴。电子 p型半导体 被低功函数的电极提取，空穴则被 膜厚： 来自高功函数电极的电子填充， 由 输出 pn混合层 100~200nm 功率 以下 些在光鸭形成光臾流。理论： n型半导体 级麦星不融 会形成不同的肖特 阴极缓冲材料 这是光致电荷能定向传递的 电极(AI) e

肖特基型有机太阳能电池 u 此后二十多年间，有机太阳能电池 领域内创新不多。 u 所有报道的器件之结构都类似于 1958年版，只不过是在两个功函数 不同的电极之间换用各种有机半导 体材料。有机半导体内的电子在光 照下被从HOMO能级激发到LUMO 能级，产生一对电子和空穴。电子 被低功函数的电极提取，空穴则被 来自高功函数电极的电子填充，由 此在光照下形成光电流。理论上， 有机半导体膜与两个不同功函数的 电极接触时，会形成不同的肖特基 势垒。这是光致电荷能定向传递的 基础

LUMO K6Jeu 金属电极 有机半导体材料 透明电极 HOMO

双层膜异质结型有机太阳能电池 1986年，行业内出现了一个里程碑式的突破。实现这个突破的是位华 人，柯达公司的邓青云博士。 ◆ 邓青云的器件之核心结构是由四羧基菲的一种衍生物(PV)和铜酞菁 (CuPC)组成的双层膜。双层膜的本质是一个异质结，邓老的思路是 用两种有机半导体材料来模仿无机异质结太阳能电池。 他制备的太阳能电池，光电转化效率达到1%左右。虽然还是跟硅电池 差得很远，但相对于以往的肖特基型电池却是一个很大的提高。这是 一个成功的思路，为有机太阳能电池研究开拓了一个新的方向，时至 今日这种双层膜异质结的结构仍然是有机太阳能电池研究的重点之一

双层膜异质结型有机太阳能电池 u 1986年，行业内出现了一个里程碑式的突破。实现这个突破的是位华 人，柯达公司的邓青云博士。 u 邓青云的器件之核心结构是由四羧基苝的一种衍生物（PV）和铜酞菁 （CuPc）组成的双层膜。双层膜的本质是一个异质结，邓老的思路是 用两种有机半导体材料来模仿无机异质结太阳能电池。 u 他制备的太阳能电池，光电转化效率达到1%左右。虽然还是跟硅电池 差得很远，但相对于以往的肖特基型电池却是一个很大的提高。这是 一个成功的思路，为有机太阳能电池研究开拓了一个新的方向，时至 今日这种双层膜异质结的结构仍然是有机太阳能电池研究的重点之一

阴极(A) SMU n-(Coo) p-里(MDO-PV)→ 阳极To) 玻璃 了了了了 双层膜电池结构示意图

电子受体 C60 1992年，土耳其人Sariciftci(萨 利奇夫奇)在美国发现，激发态 的电子能极快地从有机半导体分 子注入到C60分子（其结构如图 3)中，而反向的过程却要慢得 多。也就是说，在有机半导体材 料与C60的界面上，激子可以以 很高的速率实现电荷分离，而且 分离之后的电荷不容易在界面上 复合。 PCRR THCAM 图】有机太相能电池中C妇晨一委行生物竹结构

电子受体——C60 u 1992年，土耳其人Sariciftci（萨 利奇夫奇）在美国发现，激发态 的电子能极快地从有机半导体分 子注入到C60分子（其结构如图 3）中，而反向的过程却要慢得 多。也就是说，在有机半导体材 料与C60的界面上，激子可以以 很高的速率实现电荷分离，而且 分离之后的电荷不容易在界面上 复合