太阳能电池的优势与前景精华版docx太阳能电池的优势与前景有机太阳能电池的优势与前景周宇翔王昊禺胡剑书赵秋辰(北京大学化学与分子工程学院09级,北京)摘要简要分析了有机太阳能电池的机理,通过对比传统的硅基太阳能电池,分析了有机太阳能电池的优势,并对有机太阳能电池的前景作了展望。关键词有机太阳能电池;硅基太阳能电池;电光转化率;能源回收年数;,是人类社会最重要的基础资源之一,可以说是与人类的现在与未来密不可分的一种物质,也因此备受人们关注。能源按消耗后是否产生污染分为污染型能源(如化石燃料等)与清洁型能源(如水能、风能、太阳能等)。在和谐社会与可持续发展的理念下,清洁型能源自然成为了当前各界关注的重点。清洁型能源中的太阳能更是以其覆盖面广,环境限制低,又无需运输等优点而成为人们关注的焦点。太阳能的开发与利用主要分为热能利用以及光能利用:一方面人们通过利用阳光加热水产生蒸汽等方式以利用其内能,另一方面人们用太阳能电池将太阳能转化为电能来进行利用。综合比较,因电能更易储存和输送,将太阳能转化为电能更有利于人们对太阳能的综合利用。因此太阳能电池在近几十年中不仅是人们重点关注的问题,也是科学家最感兴趣的话题之一。目前,从太阳能电池的市场的结构来看,硅材料的太阳能电池是主流,硅基太阳能电池占有市场80%以上[1],而有机太阳能电池只占其中很小的一部分。但是,有机太阳能电池具有一定的优势与前景,作为新近的研究重点同样受到了关注,所以本文将就各类的太阳能电池的结构、光电效率、生产技术成本、市场前景等方面做比较,综合讨论有机太阳能电池的优缺点。,基于法国物理学家EdmundBecquerel在1839年发现的光伏效应(PhotovoltaicEffect)制成[2]。例如P-N异质结结构,当光照射在n型半导体与p型半导体之间的复合结构上时,n型半导体中的电子作为主要载流子离开原来的位置,产生空穴,而P-N复合结构的界面处将产生电场。将电子与空穴分开(如图1所示)从而产生光电压而形成电流,其他的结构同样可以产生电场而将电子与空穴分离。这就是太阳能电池将光能转化为电能的基本原理。图1P-N复合结构的界面产生电场示意图‐2‐,以光伏效应而产生电压形成电流。主要的光敏性质的有机材料均具有共轭结构并且有导电性,如酞菁化合物、卟啉、菁(cyanine)等。、P-N异质结结构、染料敏化纳米晶结构。。其结构为玻璃/金属电极/染料/金属电极,利用了两个电极的功函不同,可以产生一个电场,电子从低功函的金属电极传递到高功函电极从而产生光电流。由于电子—空穴均在同一种材料中传递,所以其光电转化率比较低[3]。—N异质结结构P-N异质结结构是指这种结构具有给体-受体(N型半导体与P型半导体)的异质结结构,结构如图。其中半导体的材料多为染料,如酞菁类化合物、北四甲醛亚***类化合物[4],利用半导体层间的D/A界面以及电子—空穴分别在不同的材料中传递的特性,使分离效率提高。EliasStathatos等人结合无机以及有机化合物的优点制得的太阳能电池光电转化率在5%~6%[5]168体育官网。(ell)染料敏化纳米晶染料敏化太阳能电池(DSSC)主要是指以染料敏化的多空纳米结构TiO2薄膜伟光阳极的一类太阳能电池。它是仿生植物叶绿素光合作用原理的太阳能电池。而NPC太阳能电池可选用适当的氧化还原电解质从而使光电效率提高,一般可稳定于10%,并且纳米晶TiO2制备简便,成本低廉,寿命可观,具有不错的市场前景。,其余的以有机太阳能电池为主,所以我们再次对这两种电池从光电转化率、成本、单独制作、使用性能方面进行比较。,有机太阳能电池中的DSSC以及NPC结构的太阳能电池的光电转化率目前最高能达到10%左右。而对于硅基太阳能电池,由于发展比较早,其工艺比较成熟,转化率比较高。提高转化效率主要是通过单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺,例如德国费莱堡的夫朗霍夫太阳能系统研究所,他们采用一定的处理方法制得的电池转换效率超过23%[6]。从数据上来看,当前的有机太阳能电池比硅基的太阳能电池的转化率低约10%,有机太阳能电池的光电转化率低现在仍是一个重要的制约其推广的问题。由此可见,如何提高转化率有机太阳能电池是