有机功能材料光电性质的理论研究

发布时间：2022-01-11 16:46

　　随着环境问题与能源问题的日渐严峻,作为清洁能源的太阳能的利用越来越受重视。有机太阳能电池在第三代太阳能电池器件中将承担极其重要的角色。相比于无机材料,有机材料存在明显优势,但是与无机太阳能电池相比,有机太阳能电池的转化效率还较低。如何从本质上解决有机半导体光电转换效率低的问题,是太阳能电池研究的关键。提高有机太阳能电池效率主要可从两个思路出发:（1）对功能材料进行物理掺杂或者化学修饰,改善给体材料、受体材料对太阳光的波长吸收范围,增加载流子的迁移率;（2）优化电池活性介质层的厚度,优化给体-受体界面处的电子过程,促进激子解离的同时需要抑制电子-空穴复合等其他竞争行为。选择单线态激子裂分材料是思路1的具体体现,材料吸收一个光子最终产生两个能量较低的激子,生成两个电子空穴对,这在理论上可以使太阳光转化效率加倍。然而实际器件中很难达到理论预期的效率翻倍,因为影响有机太阳能电池性能的有短路电流JSC,。,开路电压VOC,填充因子FF,光电转化效率PCE和外量子效率EQE等多个参数。给受体界面处的电荷分离过程是光电转换的最为重要的环节,是决定光伏器件效率的关键,也是思路2的具体体现。本文从这两个... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２中国太阳能辐射资源分布

第一章序言??＾Ｗｈ／ｍＶｄａｙ??ＣｏｐｙｆｇＷ?＊?？０１０?３Ｔｉ＃拢牐椋睿悖崳?图１．２中国太阳能辐射资源分布。??Ｂｅｓｔ?Ｒｅｓｅａｒｃｈ－Ｃｅｌｌ?Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ?＃！２ＮＲＥＬ??５２?｜???ＷｕＨＩＪｕｎｃｔｌｏｎ?Ｃ？Ｍｓ?（２－Ｍｎｉｎａｌ．?ｍｏｎｏＭｔｌＣ）?ＴＭｎ＊Ｆｌｌｍ?ＴＫｈｎｏｌＯＢｉａｃ??ｎ?邊二二?，．，ｔ??４４?－?▼?ＴｉｗＢＢ＾ｉｉｔｌｏｎｉｎｏｉＫＸＭａｎｌｉＭｏｎ?Ｅｉｒｗｒａｍｇ?ＰＶ?Ｖ?２？ｕ?（－Ａｉ?＊ｙｉｊ??ｉ?－?一…??０?ｉ?＜＊＞－＊ｔ?￣＾ｒ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?＞?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?？??１９７５?１９８０?１９８５?１９９０?１９９５?２０００?２００５?２０１０?２０１５?２０２０??图１．３?电池效率增长图。??硅昂贵的材料成本和工艺成本。就我国目前的技术水平而言，光电转化成本预??测为约５元／度，是传统的煤电成本的十倍，成本主要来自于生产制造材料的成??本和科技研发投入的成本。为了真正实现具有竞争性的成本／效率比值，需要对??己有的技术改进突破，这就促使第三代太阳能电池概念的诞生。根据不同的发??展理念，第三代太阳能电池研发方向可以分为两类；第一类是对器件各参数进??３??

超过１５％的光电转化效率是实现有机太阳能电池工业化应用的??重要前提。魏志样等［１５］系统地分析了近几年有机太阳能电池相关研宄，从能??量损失的角度阐述了提高有机太阳能电池光电转化效率的思路。如图１．４所示，??在半导体材料带隙在１．４±０．１ｅＶ左右且能量损失非常小（最好为零）的时候，??器件光电转化效率能够达到２０％，但是这只是没有能量损失的理想情况的结果。??统计表明大部分器件的能量损失达到０．７－１．０?ｅＶ，只有少数体系的能量损失小于??０．６?ｅＶ。能量损失一般来自于激子解离过程的能量损失和电子空穴复合带来的??能量损失。可以通过对半导体材料带隙（Ｅｇ）与电荷转移态能量（ＥＣＴ）差值的??调控来减小激子解离过程的能量损失，通过抑制电子空穴复合等竞争过程来减??小电子空穴复合带来的能量损失。目前大多数有机太阳能电池体系非辐射能量??损失比较大，约为０．３６－０．４８?ｅＶ。解释非辐射损失的根本原因和如何抑制体系的??非辐射损失，是一个重要的研宄方向。??５??

【参考文献】：
期刊论文
[1]水/醇溶共轭聚合物界面材料及其在光电器件中的应用[J]. 张凯,黄飞,曹镛.  高分子学报. 2017(09)
[2]最优化“调控”区间分离密度泛函理论的研究进展[J]. 孙海涛,钟成,孙真荣.  物理化学学报. 2016(09)
[3]有机共轭体系电子转移反应的溶剂重组能[J]. 闵玮,孙琳.  物理化学学报. 2001(10)



本文编号：3583117