薄膜太陽能電池供體材料的開發(fā)研究

摘 要：本文主要對染料敏化太陽能電池和聚合物太陽能電池中供體材料進行分析和探討，并對薄膜太陽能電池的供體材料的發(fā)展前景作出了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：薄膜太陽能電池；供體材料；開發(fā)研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.090

0 引言

隨著我國科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟的不斷進步與發(fā)展，全面變暖現(xiàn)象日益嚴重，主要原因是不可再生能源的使用以及隨意排放溫室氣體導(dǎo)致的。隨后，人們逐漸把關(guān)注點放在了研發(fā)清潔能源上和怎樣減少溫室氣體的排放量。太陽能是清潔可再生能源的一種，太陽能在研發(fā)和利用方面起著重要作用，因此一些國家漸漸推行了陽光計劃以此來開發(fā)新能源?，F(xiàn)如今，薄膜太陽能電池應(yīng)用廣泛，結(jié)構(gòu)簡單，價錢便宜，便于攜帶等是薄膜太陽能電池的主要特點，在一定程度上推動了電池供體材料的可持續(xù)發(fā)展。另外，光電轉(zhuǎn)化效率值的精準(zhǔn)度不斷提升，在世界各個領(lǐng)取也取得了不小的成就。現(xiàn)如今，怎樣提升光電轉(zhuǎn)換效率和減少投資成本是太陽能電池發(fā)展的重點，從而更好的完成產(chǎn)品商業(yè)化目的。隨著一些新型電池活性材料的推行，在一定程度上提高了光電效率值，尤其是供體材料的開發(fā)研究，備受人們的關(guān)注。

1 染料敏化太陽能電池

自相關(guān)學(xué)者研究出光伏現(xiàn)象后，人們對光伏現(xiàn)象的原理和特點進行更深層次的分析和探討。在20世紀70年代初期，相關(guān)學(xué)者第一次通過葉綠素敏化寬帶隙半導(dǎo)體氧化鋅，研制成功了第一個帶有太陽能電池的染料敏化體系。經(jīng)過長時間的對染料敏化太陽能電池的研究和探討，其在轉(zhuǎn)化效率以及制作方式上有了巨大突破，在科學(xué)界、產(chǎn)業(yè)界備受關(guān)注。在染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換中，光敏劑材料是其重要組成部分，所以，研發(fā)具備高吸收指數(shù)，更廣泛吸收光譜的有機染料分子，為提高料敏化太陽能電池效率奠定了堅實基礎(chǔ)。眾人皆知，染料敏化太陽能電池結(jié)構(gòu)是“三明治”結(jié)構(gòu)，如圖1所示，導(dǎo)電玻璃、各種改性的半導(dǎo)體氧化物薄膜、光敏染料、氧化還原電解質(zhì)和對電極是染料敏化太陽能電池的重要組成部分。介孔半導(dǎo)體薄膜、光敏染料和空穴傳輸材料是染料敏化太陽能電池的核心部件。光敏材料的利用直接影響了電池的使用效率，在科學(xué)領(lǐng)域中受到高度重視。目前在納米二氧化鈦上，釕配位中心的染料分子是應(yīng)用最多的分子，比如羧酸聯(lián)吡啶為配體的單核和多核釕絡(luò)合物作為染料敏化劑，從而進行基礎(chǔ)研究。研究結(jié)果顯示，在一定程度上提高了電池效率，因此很多學(xué)者一致認為，要研發(fā)高質(zhì)量、近紅外并且與太陽光譜相匹配的有機染料，來作為染料敏化太陽能電池的活性材料，從而提高電池的光轉(zhuǎn)換效率。

2 聚合物太陽能電池中的供體材料

聚合物太陽能電池是薄膜太陽能電池的一種，近幾年發(fā)展迅速，其中，光電轉(zhuǎn)換率逐漸提高，從以往的3%理論計算值增長到目前的10%還多，單節(jié)電池達到了11%。另外，聚合物太陽能電池開發(fā)研究的重點是供體材料的設(shè)計與開發(fā)，是有機太陽能電池中光獲取光電轉(zhuǎn)化的核心部件，在一定程度上還能促進光轉(zhuǎn)換的效率。通過研發(fā)和分析供體材料中不難看出，要想將潛在的高轉(zhuǎn)換效率展現(xiàn)出來，就要具備以下幾點：（1）在大氣中，有機供體分子的穩(wěn)定性要高。供體材料占據(jù)最高軌道H0M0能量不能高于空氣氧化的臨界值，光吸收的主要部件是有機供體分子。由此可見，在光和近紅外區(qū)域內(nèi)的光學(xué)吸收能力非常強，在太陽發(fā)射光譜中光能的吸引力逐漸加強，以此來擴大光學(xué)的吸收范圍。（2）合適的HOMO和LUMO能級。較低的HOMO能級可以在一定程度上提升開路電壓，而供體分析的LUMO能級要比電子受體LUMO能級要高，這樣電子就可以從供體轉(zhuǎn)移到受體的驅(qū)動力中。（3）載流子遷移率供體材料的任務(wù)包括空穴的傳輸，必須必備較強的傳輸能力。在電子受體中要有較強的電子傳輸能力，從而滿足聚合物供體材料的標(biāo)準(zhǔn)要求。近年來，隨著新結(jié)構(gòu)的不斷推行，提高了電池效率，對于新活性材料來說，要想提升修飾和改性效果，就必須圍繞噻吩體系執(zhí)行，并做好聚合物光伏材料的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，推動了薄膜太陽能電池的發(fā)展進程，但在實用化方面還是存在一些問題，距商品化還有一定距離，其主要因素有很多，例如電池的壽命、效率、生產(chǎn)成本等。然而我國已經(jīng)開始對有機太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率的理論極限進行了模擬計算，但其效果不是很明顯，還是有上升的空間。

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作者簡介：周麗瓊（1989-），女，甘肅永昌人，理學(xué)學(xué)士，助教，研究方向：太陽能電池薄膜材料。