1、靜思篤行 持中秉正 第一PPT 1有機太陽能電池Organic Photovoltage報告人 ：劉承奔2017.10靜思篤行 持中秉正 第一PPT 1 1、OPV簡介簡介2 2、OPV制備制備3 3、OPV分類分類4 4、OPV工作原理工作原理 目目 錄錄 ContentsContents5 5、存在問題及原因、存在問題及原因有機太陽能電池（Organic Photovoltage）靜思篤行 持中秉正 第一PPT 1 1、OPVOPV簡介簡介2 2、OPVOPV制備制備3 3、OPVOPV分類分類4 4、OPVOPV工作原理工作原理5 5、存在問題及原因、存在問題及原因 目目 錄錄 Cont

2、entsContents有機太陽能電池（Organic Photovoltage）靜思篤行 持中秉正 第一PPT 資料卡片資料卡片 一、一、OPV簡介簡介給體給體/受體受體年代年代填充因子填充因子FF (%)能量轉換效率能量轉換效率 (%)研究小組研究小組CuPc銅酞菁銅酞菁/PV四羧基苝四羧基苝1986651TangPOPT/CN-PPV199860-702Hall/FriendMDMO-PPV/PCBM-C60200150-602.5SariciftciP3HT/PCBM-C60200260-702.8BrabecMDMO-PPV/PCBM-C60200370-803.0JanssenCu

3、Pc/C60200450-605ForrestP3HT/PCBM200560-805YangP3HT/PCBM-C602007676.5Heeger有機太陽能電池（Organic Photovoltage）OPV發展歷程發展歷程靜思篤行 持中秉正 第一PPT 資料卡片資料卡片 一、一、OPV簡介簡介有機太陽能電池（Organic Photovoltage）美國加州伯克利分校科學家在美國加州伯克利分校科學家在2002年利用塑料納米技術研制出第一代年利用塑料納米技術研制出第一代塑料太陽能電池，可以安裝在一系塑料太陽能電池，可以安裝在一系列便攜式設備及可穿戴式電子設備列便攜式設備及可穿戴式電子設備上

4、上, 提供提供0.7V的電壓。的電壓。特點：價格低、易成型，通過化學特點：價格低、易成型，通過化學修飾調控性能。修飾調控性能。OPV發展歷程發展歷程靜思篤行 持中秉正 第一PPT 資料卡片資料卡片 一、一、OPV簡介簡介 1. 由少數幾種元素組成由少數幾種元素組成 C、H、O、N、S、P、X 2. 形成形成 一般有鏈和環一般有鏈和環 3. 有同分異構體、立體異構體有同分異構體、立體異構體 如如 ： C63H90N14PCo OPV在有機組成上的特點在有機組成上的特點 可代表：維生素可代表：維生素B12 葉綠素葉綠素 牛胰島素（牛胰島素（51肽）等肽）等 有機太陽能電池（Organic Phot

5、ovoltage）靜思篤行 持中秉正 第一PPT 資料卡片資料卡片 一、一、OPV簡介簡介OPV的優缺點的優缺點 優點優點 成本低成本低 質量輕質量輕 材料來源廣泛材料來源廣泛 制備工藝簡單制備工藝簡單 可做在柔性襯底上可做在柔性襯底上 可大面積生產可大面積生產 材料光電特性可調整材料光電特性可調整缺點缺點 效率低效率低 壽命短壽命短有機太陽能電池（Organic Photovoltage）靜思篤行 持中秉正 第一PPT 1 1、OPVOPV簡介簡介2 2、OPVOPV制備制備3 3、OPVOPV分類分類4 4、OPVOPV工作原理工作原理5 5、存在問題及原因、存在問題及原因 目目 錄錄 C

6、ontentsContents有機太陽能電池（Organic Photovoltage）靜思篤行 持中秉正 第一PPT 資料卡片資料卡片 二、二、OPVOPV制備制備 有機薄膜制作方法有機薄膜制作方法 膜厚由轉速、溶劑、組成成分和濃度決定膜厚由轉速、溶劑、組成成分和濃度決定 刮刀刀片刮刀刀片絲網印刷絲網印刷旋涂旋涂有機太陽能電池（Organic Photovoltage）靜思篤行 持中秉正 第一PPT 1 1、OPVOPV簡介簡介2 2、OPVOPV制備制備3 3、OPVOPV分類分類4 4、OPVOPV工作原理工作原理5 5、存在問題及原因、存在問題及原因 目目 錄錄 ContentsCon

7、tents有機太陽能電池（Organic Photovoltage）靜思篤行 持中秉正 第一PPT 資料卡片資料卡片 三、三、OPV分類分類單層太陽能電池單層太陽能電池（肖特基型）（肖特基型）半透明金屬電極層（或半透明金屬電極層（或ITO）有機層有機層金屬電極層金屬電極層Glass雙層太陽能電池雙層太陽能電池體摻雜太陽能電池體摻雜太陽能電池陰極陰極ADGlass陰極陰極DAGlass有機太陽能電池（Organic Photovoltage）靜思篤行 持中秉正 第一PPT 1 1、OPVOPV簡介簡介2 2、OPVOPV制備制備3 3、OPVOPV分類分類4 4、OPVOPV工作原理工作原理5

8、5、存在問題及原因、存在問題及原因 目目 錄錄 ContentsContents有機太陽能電池（Organic Photovoltage）靜思篤行 持中秉正 第一PPT 資料卡片資料卡片HOMOHOMOLUMOLUMO下電極下電極上電極上電極給體給體受體受體 h真空真空吸收光子產生激子吸收光子產生激子 (電子空穴對電子空穴對)激子在給體受體界面分離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自由電子和空穴傳輸并被兩極收集電荷產生，傳輸和收集電荷產生，傳輸和收集OPV工作原理工作原理有機太陽能電池（Organic Photovoltage） 四、四、OPV工作原理工作原理靜思篤行 持中秉

9、正 第一PPT 資料卡片資料卡片五個關鍵步驟五個關鍵步驟 激子擴散：激子擴散：激子的擴散長度應該至少等于薄膜的厚度激子的擴散長度應該至少等于薄膜的厚度 ，否則激子就會，否則激子就會 發生復合，造成吸收光子的浪費。發生復合，造成吸收光子的浪費。 電荷分離：電荷分離：對于單層器件，激子在電極與有機半導體界面處離化，對于對于單層器件，激子在電極與有機半導體界面處離化，對于 雙層器件，激子在施主與受主界面形成的雙層器件，激子在施主與受主界面形成的p-n結處離化。結處離化。 電荷傳輸：電荷傳輸：在有機材料中，電荷的傳輸是定域態間的跳躍，而不是能帶在有機材料中，電荷的傳輸是定域態間的跳躍，而不是能帶 內的

10、傳輸，這意味著有機材料和聚合物材料中載流子的內的傳輸，這意味著有機材料和聚合物材料中載流子的遷移率遷移率通常都比通常都比 無機半導體材料的低。無機半導體材料的低。 電荷收集：電荷收集：電荷收集效率是影響光伏器件功率轉換效率的關鍵因素，金電荷收集效率是影響光伏器件功率轉換效率的關鍵因素，金 屬與半導體接觸時會產生一個阻擋層，阻礙電荷順到達金屬電極。屬與半導體接觸時會產生一個阻擋層，阻礙電荷順到達金屬電極。光子吸收光子吸收：在大部分有機太陽能電池中，因為材料的帶隙過高，只有一在大部分有機太陽能電池中，因為材料的帶隙過高，只有一小部分入射光被吸收，吸收只能達到小部分入射光被吸收，吸收只能達到30左右

11、。左右。43215有機太陽能電池（Organic Photovoltage） 四、四、OPV工作原理工作原理靜思篤行 持中秉正 第一PPT 資料卡片資料卡片有機太陽能電池特性參數有機太陽能電池特性參數短路電流短路電流Isc 太陽電池在短路條件下的工作電流稱為短路光電流太陽電池在短路條件下的工作電流稱為短路光電流(Isc)開路電壓開路電壓Voc 太陽電池在開路條件下的輸出電壓稱為開路光電壓太陽電池在開路條件下的輸出電壓稱為開路光電壓(Voc)填充因子填充因子FF FF=VmIm/VocIsc能量轉換效率能量轉換效率(PCE)： 量子效率量子效率 太陽電池受光面積的最大輸出功率太陽電池受光面積的最

12、大輸出功率(Pmax)與入射的太陽光能量密度與入射的太陽光能量密度(P in)的百的百 分比。分比。PinVJFFPinSIVPCEocsc?有機太陽能電池（Organic Photovoltage） 四、四、OPV工作原理工作原理靜思篤行 持中秉正 第一PPT 資料卡片資料卡片 四、四、OPV工作原理工作原理 半透明金屬電極層（或半透明金屬電極層（或ITO）有機層有機層金屬電極層金屬電極層光照光照單層太陽電池結構圖單層太陽電池結構圖Glass單層太陽電池原理圖單層太陽電池原理圖: workfunction, : electron affinity, IP: ionisation potent

13、ial, Eg: optical bandgap.單層太陽能電池（肖特基型）單層太陽能電池（肖特基型）有機太陽能電池（Organic Photovoltage）靜思篤行 持中秉正 第一PPT 資料卡片資料卡片 此種結構在此種結構在1986年，由柯達公司的年，由柯達公司的C.W.Tang 首先提首先提出提出出提出 (ITO/CuPc銅酞菁銅酞菁/PV四羧基苝四羧基苝/Ag)，其電池轉換效率約為，其電池轉換效率約為1%陰極陰極ADGlass陽極陽極光照光照雙層太陽電池結構圖雙層太陽電池結構圖D：給體：給體A：受體：受體雙層太陽電池原理圖雙層太陽電池原理圖雙層太陽能電池雙層太陽能電池有機太陽能電池（

14、Organic Photovoltage） 四、四、OPV工作原理工作原理靜思篤行 持中秉正 第一PPT 資料卡片資料卡片陰極陰極DAGlass陽極陽極光照光照體摻雜太陽電池結構圖體摻雜太陽電池結構圖體摻雜太陽電池原理圖體摻雜太陽電池原理圖體摻雜型太陽能電池體摻雜型太陽能電池有機太陽能電池（Organic Photovoltage） 四、四、OPV工作原理工作原理靜思篤行 持中秉正 第一PPT 1 1、OPVOPV簡介簡介2 2、OPVOPV制備制備3 3、OPVOPV分類分類4 4、OPVOPV工作原理工作原理5 5、存在問題及原因、存在問題及原因 目目 錄錄 ContentsContent

15、s有機太陽能電池（Organic Photovoltage）靜思篤行 持中秉正 第一PPT 資料卡片資料卡片 五、存在問題及原因五、存在問題及原因高分子材料大都為無定型與結晶形態的混合，分子鏈間作用力高分子材料大都為無定型與結晶形態的混合，分子鏈間作用力較弱。因此高分子材料載流子的較弱。因此高分子材料載流子的遷移率遷移率一般都很一般都很低低。高分子材料的高分子材料的禁帶寬度禁帶寬度EgEg相較于無機半導體材料相較于無機半導體材料要大的多要大的多。有。有機高分子的光生載流子是先產生激子，然后再通過激子的離解機高分子的光生載流子是先產生激子，然后再通過激子的離解產生自由載流子，載流子容易成對復合，最后使光電流降低。產生自由載流子，載流子容易成對復合，最后使光電流降低。 共軛聚合物摻雜均為共軛聚合物摻雜均為高濃度摻雜高濃度摻雜。這樣雖然能保證材料具有較。這樣雖然能保證材料具有較高的電導率，但高的電導率，但載流子的壽命與摻雜濃度成反比載流子的壽命與摻雜濃度成反比，隨著摻雜濃，隨著摻雜濃度的提高，光生載流子被陷阱俘獲的概率增大，導致電池的光度的提高，光生載流