有機(jī)光伏電池OV發(fā)展報(bào)告ppt課件.ppt

有機(jī)光伏太陽(yáng)能電池organicphotovoltaicsolarcell 1 目錄 太陽(yáng)能電池研究概述OPV發(fā)展歷程OPV實(shí)現(xiàn)原理前景展望行業(yè)資訊 2 太陽(yáng)能電池研究概述 太陽(yáng)能電池研究概述 3 年人均用電量 度 國(guó)家發(fā)達(dá)指數(shù) 能源是國(guó)家發(fā)展的動(dòng)力 隨著人口增長(zhǎng) 人們生活水平提高 能源需求激增 發(fā)展清潔可再生新能源成為當(dāng)務(wù)之急 歐美發(fā)達(dá)工業(yè)型國(guó)家 發(fā)展中國(guó)家中國(guó) 非洲落后農(nóng)業(yè)型國(guó)家 太陽(yáng)能電池研究概述 4 水利發(fā)電 風(fēng)能發(fā)電 太陽(yáng)能發(fā)電 太陽(yáng)能熱水器 核能發(fā)電 各種可再生能源對(duì)比 水利與風(fēng)能 受地形和氣候限制 太陽(yáng)能熱水 熱能不如電能方便 核能 核廢料的處理 日本核危機(jī)引發(fā)核安全擔(dān)憂 太陽(yáng)能發(fā)電是解決能源長(zhǎng)期缺口唯一和必然的選擇 太陽(yáng)能發(fā)電 太陽(yáng)能廣泛存在 全球都有日照 太陽(yáng)能豐富充足 1小時(shí)地表太陽(yáng)能等于世界1年使用能量 太陽(yáng)能持續(xù)穩(wěn)定 太陽(yáng)至少持續(xù)發(fā)光十億年 5 中國(guó)年太陽(yáng)總輻射量分布 6 地?zé)?其它 太陽(yáng)熱 光伏 風(fēng)力 生物質(zhì) 水電 核能 天然氣 煤 石油 全球能源組成結(jié)構(gòu) 太陽(yáng)能光伏發(fā)電未來(lái)將保持高速增長(zhǎng) 一百年內(nèi)取代傳統(tǒng)化石燃料成為主要能源 太陽(yáng)能發(fā)電是一個(gè)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè) 關(guān)鍵 光伏發(fā)電成本 1 6 25 60 1 7 光伏太陽(yáng)能電池年產(chǎn)量高速增長(zhǎng) 其它 美國(guó) 臺(tái)灣地區(qū) 中國(guó)大陸 歐洲 日本 8 有機(jī)太陽(yáng)能電池這個(gè)概念貌似很新 但其實(shí)它的歷史也不短 跟硅基太陽(yáng)能電池的歷史差不多 第一個(gè)硅基太陽(yáng)能電池是貝爾實(shí)驗(yàn)室在1954年制造出來(lái)的 它的太陽(yáng)光電轉(zhuǎn)化效率約為6 而第一個(gè)有機(jī)光電轉(zhuǎn)化器件是由Kearns和Calvin在1958年制備的 其主要材料為鎂酞菁 MgPc 染料 染料層夾在兩個(gè)功函數(shù)不同的電極之間 在那個(gè)器件上 他們觀測(cè)到了200mV的開路電壓 光電轉(zhuǎn)化效率低得讓人都不好意思提 OPV發(fā)展歷程 9 此后二十多年間 有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域內(nèi)創(chuàng)新不多 所有報(bào)道的器件之結(jié)構(gòu)都類似于1958年版 只不過(guò)是在兩個(gè)功函數(shù)不同的電極之間換用各種有機(jī)半導(dǎo)體材料 1986年 行業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了一個(gè)里程碑式的突破 實(shí)現(xiàn)這個(gè)突破的是位華人 柯達(dá)公司的鄧青云博士 這個(gè)時(shí)代的有機(jī)太陽(yáng)能電池所采用的有機(jī)材料 主要還是具有高可見光吸收效率的有機(jī)染料 1 OPV發(fā)展歷程 10 OPV發(fā)展歷程 美國(guó)加州伯克利分?？茖W(xué)家在2002年利用塑料納米技術(shù)研制出第一代塑料太陽(yáng)能電池 可以安裝在一系列便攜式設(shè)備及可穿戴式電子設(shè)備上 提供0 7V的電壓 價(jià)格低 易成型 通過(guò)化學(xué)修飾調(diào)控性能 11 有機(jī)太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換過(guò)程 1 入射光在有機(jī)聚合物中的吸收 2 產(chǎn)生激子 3 激子向給體 受體界面的擴(kuò)散 4 激子在給體 受體界面上的電荷分離 產(chǎn)生給體HOMO能級(jí)上的空穴和受體LUMO上的電子 OPV實(shí)現(xiàn)原理 12 HOMO HOMO LUMO LUMO 下電極 上電極 給體 受體 h 真空 吸收光子產(chǎn)生激子 電子空穴對(duì) 激子在給體受體界面分離 自由電子和空穴傳輸并被兩極收集 電荷產(chǎn)生 傳輸和收集 有機(jī)太陽(yáng)能電池原理 有機(jī)電池吸收光以后首先激發(fā)的是激子 激子由電子和空穴成對(duì)組成 呈中性 對(duì)電池收集電流并沒(méi)有貢獻(xiàn) 最關(guān)鍵的是產(chǎn)生的激子向給體 受體界面擴(kuò)散 在界面勢(shì)場(chǎng)的作用下發(fā)生電子和空穴的分離 一旦分離以后產(chǎn)生的載流子才對(duì)電池有貢獻(xiàn) 13 太陽(yáng)能電池 能量轉(zhuǎn)換效率 PCE 太陽(yáng)電池受光面積的最大輸出功率 Pmax 與入射的太陽(yáng)光能量密度 Plight 的百分比 R JV max JscVoc R 0 14 有機(jī)薄膜制作方法 膜厚由轉(zhuǎn)速 溶劑 組成成分和濃度決定 刮刀刀片 絲網(wǎng)印刷 旋涂 有機(jī)太陽(yáng)能電池制作方法 15 優(yōu)點(diǎn)成本低質(zhì)量輕材料來(lái)源廣泛制備工藝簡(jiǎn)單可做在柔性襯底上可大面積生產(chǎn)材料的光及電特性可調(diào)整 缺點(diǎn)效率低壽命短 有機(jī)太陽(yáng)能電池優(yōu)缺點(diǎn) 16 有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的應(yīng)用前景可表現(xiàn)在 可穿戴光伏設(shè)備 突出的柔性特點(diǎn) 環(huán)保特性 樓宇的玻璃幕墻 需要一定量光透過(guò) 又能利用剩余太陽(yáng)能資源 條件比較極端的應(yīng)用場(chǎng)景 高溫 弱光等 便攜式小型太陽(yáng)能設(shè)備 材料輕薄 仿生學(xué)應(yīng)用 例如自然界中光合作用第一步光反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)42 可以人工合成這種酶 用以大幅度提高光伏器件效率 發(fā)展前景 17 行業(yè)資訊 18 有機(jī)光伏薄膜領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)HeliatekGmbh 該公司有機(jī)光伏電池的電池效率達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的12 0 這種有機(jī)光伏電池在1 1平方厘米的標(biāo)準(zhǔn)面積上達(dá)到12 0 的高效率 它同時(shí)采用了兩種獲專利的吸收材料 可轉(zhuǎn)換不同波長(zhǎng)的日光 由于OPV在高溫和弱光條件下的獨(dú)特表現(xiàn) 其12 的破紀(jì)錄效率與傳統(tǒng)光伏技術(shù) 如晶體硅和薄膜光伏電池 達(dá)到的14 到15 的效率相當(dāng) 在溫度逐漸升高和太陽(yáng)能輻射逐漸減弱的情況下 這些傳統(tǒng)技術(shù)的電池效