有機太陽能電池材料研究新進展

摘 要：隨著經(jīng)濟社會的飛速發(fā)展，我國科學(xué)技術(shù)也有了一定程度的進步。當(dāng)前我國政府提出了構(gòu)建資源節(jié)約型與環(huán)境友好型社會的目標(biāo)，而為順應(yīng)當(dāng)前世界發(fā)展潮流，響應(yīng)黨中央的號召，科學(xué)技術(shù)也朝著節(jié)能、環(huán)保方面進行技術(shù)設(shè)備研發(fā)。文章針對太陽能電池材料的發(fā)展?fàn)顩r進行研究，總結(jié)前人研究經(jīng)驗，闡述當(dāng)前太陽能電池材料的研究進展。

關(guān)鍵詞：有機材料；太陽能電池；研究進展

引言

當(dāng)前經(jīng)濟高速發(fā)展，世界范圍內(nèi)資源使用逐漸增多，但大多數(shù)能源都是不可再生資源，如石油、煤炭等。在經(jīng)過長時間的開采利用之后，此種不可再生資源逐漸減少，最終將會變得無法再為人類所用。因此，在面對此種能源即將枯竭的狀況，科學(xué)家們開始轉(zhuǎn)變?yōu)殚_發(fā)可再生資源代替此類不可再生資源的作用。電池在之前使用的是鎳等金屬以及化學(xué)物質(zhì)制成的，其在使用后會散發(fā)出大量的化學(xué)物質(zhì)，對環(huán)境以及生態(tài)平衡造成破壞，太陽能電池的研發(fā)則可以解決這一問題。

1 太陽能電池概述

太陽能電池是一種光感電池，彭敦云等[1]在太陽能薄膜電池的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景中提到，太陽能電池的特性是可以吸收光能轉(zhuǎn)化為電能，其制作原理是利用的光電效應(yīng)。太陽能電池的結(jié)構(gòu)是由部分導(dǎo)體與半導(dǎo)體組成的，當(dāng)組成太陽能電池的材料感受到光能時，即可將光能中的部分因子分離出，并傳輸?shù)诫姌O當(dāng)中，轉(zhuǎn)化為電能，使得該類電池可以散發(fā)出電流，被使用其的設(shè)備吸收。秦嶺等[2]在太陽能電池的動態(tài)模型和動態(tài)特性中提到，太陽能電池吸收的光元素大于一定情況時，其自身的轉(zhuǎn)化能力有限，組成太陽能電池的部分半導(dǎo)體會引導(dǎo)光元素在內(nèi)部進行轉(zhuǎn)化，并利用其自身特性，保持該元素的正常運作。此外，還可使其接觸部分的電勢變化，變成一種單純的有機物質(zhì)，通過金屬電極傳導(dǎo)，成為散發(fā)電流的太陽能電池。

2 太陽能電池的分類

2.1 單質(zhì)結(jié)類

許偉民等[3]在太陽能電池的原理及種類中提到，單質(zhì)結(jié)類太陽能電池研究較早，到現(xiàn)在已具有較為成熟的理論及實踐。在單質(zhì)結(jié)太陽能電池組成部分中，存有電極、有機層等結(jié)構(gòu)。其電極一般是由具有一定物質(zhì)的金屬所組成，其內(nèi)具有較高的傳導(dǎo)性能，其內(nèi)建立起的復(fù)雜結(jié)構(gòu)是由導(dǎo)電聚合物等材料組成，其傳輸過程是具有一定的發(fā)生反應(yīng)的可能，因此，單質(zhì)結(jié)類太陽能電池的電流傳導(dǎo)能力較低，當(dāng)前已很少使用。隨后，專家學(xué)者發(fā)現(xiàn)了某種聚合物以及其他有機分子材料可以增加有機太陽能電池的電流傳導(dǎo)能力，摻雜H2等物質(zhì)可以增加電池導(dǎo)電幾率，因此在單質(zhì)結(jié)太陽能電池中常常摻有此類物質(zhì)，以增加其使用性能。

2.2 異質(zhì)結(jié)類

張超智等[4]在異質(zhì)結(jié)型有機太陽能電池材料的最新研究進展中提到，異質(zhì)結(jié)有機電池包括混合異質(zhì)結(jié)等具有其他不同結(jié)構(gòu)的太陽能電池小分類。異質(zhì)結(jié)電池是在單質(zhì)結(jié)電池研發(fā)之后產(chǎn)生的，相關(guān)專家學(xué)者發(fā)現(xiàn)，異質(zhì)結(jié)太陽能電池中，其光能轉(zhuǎn)化為電能的速度比單質(zhì)結(jié)要高，更為適合作為普及使用的電池。此外，異質(zhì)結(jié)太陽能電池比單質(zhì)結(jié)太陽能電池具有更廣的轉(zhuǎn)化層面，其電池在接收到光能時，轉(zhuǎn)化區(qū)域的使用效率比單質(zhì)結(jié)太陽能電池高，其內(nèi)的電荷在被分離出后，存在狀態(tài)較為密集。李秀杰等[5]在基于光子晶體異質(zhì)結(jié)的高效太陽能電池反射器研究中提出，為了進一步增加異質(zhì)結(jié)太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率，產(chǎn)生更多的電流，可以為異質(zhì)結(jié)電池中添加其他聚合物，并以納米界面作為基礎(chǔ)界板，從而增加與陽光的接觸面積，吸收更多的光能進行轉(zhuǎn)化。

2.3 染料敏化類

李靖等[6]在染料敏化太陽能電池對電極中提到，在進一步研究有機太陽能電池的過程中，發(fā)現(xiàn)將有機染料附著到太陽能電池的表面，可以利用有機染料自身的特性，增加太陽能電池對于光能的吸收，使得其內(nèi)的半導(dǎo)體發(fā)揮出染料敏化的作用，從而形成染料敏化類有機太陽能電池。在此類電池中，其吸收光能并將其轉(zhuǎn)化的效率大大提高，且成本較低，具有大規(guī)模生產(chǎn)以及普遍應(yīng)用的可能，其再配合其他化學(xué)物質(zhì)共同作用后，可能產(chǎn)生一系列新的變化，在此方面的變化還有待研究，但是已為有機太陽能電池的研發(fā)人員提供了一種新的思路。

3 電池材料分類

可制作有機太陽能電池的材料較多，以下簡要介紹三種。

3.1 小分子材料

羅金龍等[7]在基于酞菁銅材料的有機太陽能電池研究與展望中提到，有機小分子材料是一種具有一定排列順序的多晶平面結(jié)構(gòu)，其所具有的組合方式，使得使用此材料制作的太陽能電池具有良好的電流傳導(dǎo)性。酞菁類化合物在有機小分子材料的研究中占有重要位置，該化合物可以增加太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率，為電流傳導(dǎo)拓寬渠道，其化合物作為薄膜的薄厚程度可以影響電池的性能。

3.2 大分子材料

李萌等[8]在基于富勒烯類材料太陽能電池研究進展中提到，大分子材料同樣分為較多種類，其中富勒烯類材料在相關(guān)專家研究過程中，表現(xiàn)出了與C60相契合的特性，可以將C60引入有機太陽能電池的聚合物制作中，與富勒烯類物質(zhì)進行完全融合，從而利用C60的導(dǎo)電性，增加太陽能電池的導(dǎo)電能力。

3.3 雜化體系材料

張會京等[9]在有機高分子/無機半導(dǎo)體雜化太陽能電池的發(fā)展現(xiàn)狀與展望中提到，此類屬于雜類材料，其無機納米與有機材料共同混合后，可提高制作出的太陽能電池的屬性，增加電池對于光能的吸收與轉(zhuǎn)化。當(dāng)前將噻吩聚合物接枝到納米管表面，可共同發(fā)揮作用，提高電池與光能的接觸面積。

4 結(jié)束語

太陽能電池作為代替鎳電池而研制出的材料，對其的研究開發(fā)已持續(xù)有二十年，分為單質(zhì)結(jié)有機類、異質(zhì)結(jié)有機類以及染料敏化類。制作太陽能電池的材料分為小分子材料以及大分子材料兩大種類，其下還劃分為其他小種類，此種情況使得不同材料所制作出的太陽能電池也有所不同，分別具有不同的特性。文章針對不同材料所研制出的太陽能電池進行研究，得出相應(yīng)的發(fā)展建議，希望有助于促進太陽能電池研制更進一步。

參考文獻

[1]彭敦云，宋連科，朱久凱，等.太陽能薄膜電池的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].激光雜志，2013，2（4）：1-2.

[2]秦嶺，謝少軍，楊晨，等.太陽能電池的動態(tài)模型和動態(tài)特性[J].中國電機工程學(xué)報，2013，3（7）：19-26.

[3]許偉民，何湘鄂，趙紅兵，等.太陽能電池的原理及種類[J].發(fā)電設(shè)備，2011，4（2）：137-140.

[4]張超智，李世娟，胡鵬，等.異質(zhì)結(jié)型有機太陽能電池材料的最新研究進展[J].南京大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)），2014，5（2）：135-142.

[5]李秀杰，韓培德，楊毅彪，等.基于光子晶體異質(zhì)結(jié)的高效太陽能電池反射器研究[J].光子學(xué)報，2010，3（10）：1786-1789.

[6]李靖，孫明軒，張曉艷，等.染料敏化太陽能電池對電極[J].物理化學(xué)學(xué)報，2011，4（10）：2255-2268.

[7]羅金龍，戴祖誠，趙鶴云，等.基于酞菁銅材料的有機太陽能電池研究與展望[J].云南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，S1：259-262.

[8]李萌，王傳坤，李晨希，等.基于富勒烯類材料太陽能電池研究進展[J].電子元件與材料，2013，5（2）：70-76.

[9]張會京，侯信.有機高分子/無機半導(dǎo)體雜化太陽能電池的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].化學(xué)進展，2012，3（11）：2106-2115.