基于活性层与界面层优化的聚合物太阳能电池的研究

发布时间：2024-12-08 22:59

　　以化石能源为主的能源消耗结构正逐步引起全球气候变化、环境污染以及生态破坏等问题。在过去的几十年中,风能、潮汐能以及太阳能等清洁能源成为科学界与工业界的研究热点。据统计,每年辐射到地球陆地表面的太阳能是地球煤炭总储备能量的30倍,被认为是理想的下一代能源。作为第三代薄膜太阳能电池的代表,体异质结有机聚合物太阳能电池所具有的质量轻、低成本、低毒、易于通过旋涂和喷墨打印等方式大面积制备的优点是传统的无机太阳能电池以及有机-无机混合钙钛矿太阳能电池无法取代的。随着人们对聚合物太阳能电池中光电转换过程的深入理解以及在材料设计上的不断探究,众多结构新颖、性能优异的器件被开发出来。这其中,对活性层及界面性质的调控是改善载流子产生、传输、收集进而提升器件性能的重要手段。在给受体共混的本体异质结活性层中,光生激子在给受体界面处发生电荷转移并激子解离,形成的自由电子(空穴)沿着受体(给体)传输,并最终分别被电池的电极收集。因此,通常活性层的材料需要有较高的迁移率来保证光生载流子可以有效的向各自的电极输运。同时,器件内部尤其是富勒烯基活性层内部存在电子与空穴输运的不平衡问题,这会引起空间电荷积累。此外,在整个...

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【部分图文】：

图１．丨２０１７年国际能源消耗量分布图??太阳能是地球上最主要的自然能源形式，它提供了植物光合作用所必须的能量，??

以煤、石油、天然气等为主的化石能源一直是人类获取能量的主要来源。国际能??源署最新的报告指出，２０１７年，全球每年消耗的能源量高达１５６０００?ＴＷｈ，其中消耗??量最大为亚洲地区，尤其是在中国⑴（图１．１）。随着全球工业的进一步发展与能源??消耗量的持续增长，这种强烈依赖于化石....

图１．２国际能源使用情况展望??

但是有机光伏器件相对于无机太阳能电池来说几乎没有商业化。美国战略与国际??研宄中心最新的报告预计，到２０４０年可再生能源的消耗量接近１２９?Ｑｕａｄｒｉｌｌｉｏｎ?Ｂｔｕ，??占全球能源消耗总量的１７．４％?（图１．２）。这就意味着全球大概需要ｌＯＯＯＯＯＫｍ２的光??伏电池来满....

图１．３?（ａ）单层平面；（ｂ）双层平面异质结和（ｃ）体异质结结构器件??

或者聚合物内的单－双键或者单键－三键相互交替的结构。这些７１共轭材料的基本构成??为碳，其基态的电子排布为ｌｓ２２ｓ２２ｐ２。根据分子轨道杂化理论，碳的２ｓ和２ｐ轨道分??别可杂化成ｓｐ，ｓｐ２和ｓｐ３轨道。图１．４分别为乙炔、乙烯和甲烷的ｓｐ，?ｓｐ２和ｓｐ３轨道??杂化。??....

图１．４?（ａ）乙炔的ｓｐ轨道杂化；（ｂ）乙烯的ｓｐ２轨道杂化；（ｃ）甲烷的ｓｐ１轨道杂??化??．，

个ｓｐ３杂化轨道，１０９．５°夹角。每个碳ｓｐ３杂化轨道与复原子ｂ轨道重叠形成碳氢ａ键。??７１键可以离域７Ｔ电子，这些离域电子的存在使得７１共轭聚合物和一些小分子具有??半导体特性。如图１．５所示，７Ｔ键与２ｐｚ轨道结合，形成一个成键７１轨道和一个反键７１??轨道。根据泡利不相....

本文编号：4015142