第五章塑料太阳能电池.ppt

第五章塑料太阳能电池
充满危机的世界
能源问题
环境问题
粮食问题
交通问题
健康问题
信息问题
……
中国的能源状况
现有探明技术可开发能源总资源量超过8230亿吨标准煤，探明经济可开发剩余可采总储量为1392亿吨标准煤，.
The research team at Fraunhofer ISE
无机太阳能电池的问题

硅电池生产工艺比较复杂，要求材料纯度极高，需要高温（400-1400℃）和高真空条件，这导致其制造成本较高。制造这些材料电耗在太阳能电池生产总成本中己超1 /2；且在制造的过程中会产生一些剧毒的物质。
其成熟的技术使光电转换效率基本达到极限值，让进一步改进受到相当大程度的限制，而且其材料本身不利于降低成本。这些因素限制了它的大规模民用化。
污染严重
无机太阳能电池的问题

商业光电转换效率约12%左右
相对单晶硅，材料制造简便, 节约电耗, 总的生产成本较低, 因此得到大量发展
无机太阳能电池的问题

薄膜材料能在较低的温度下直接沉积在廉价衬底上，有大幅度降低成本的潜力
适合用于建筑光伏一体化以及大型太阳能并网发电系统
光电转换效率偏低, 国际先进水平为10%左右, 且不够稳定, 常有转换效率衰降的现象
无机太阳能电池的问题
其它无机太阳能电池光电转换效率较高，如，基于***化镓半导体的光伏电池转换效率已经达到了31%~32% (AM G 条件下)，但是材料的稀缺性与成本问题是难以克服的瓶颈问题。
聚合物太阳能电池
可进行分子层次上的结构改进，原料来源广泛。
有多种途径可改变和提高材料光谱吸收能力，扩展光谱吸收范围并提高载流子迁移能力。
加工性能好，可利用旋转涂膜和流延法大面积成膜。可进行拉伸取向，使极性分子规整排列。采用LB成膜技术可在分子水平控制膜的厚度。
可进行物理改性，如采用掺杂、高能离子注入或辐照处理，可提高载流子传输能力，减少电阻损耗，提高短路电流。
电池制作多样化，同一种类聚合物导电材料因为掺杂状态的不同，可以表现为不同的半导体类型。
原料价格便宜，合成工艺比较简单，成本较低，可以大批量工业化生产。
polymer solar cells(PSCs)
solution processibility
processed with spin coating、ink jet printing、screen printing、roll-to-roll production
Flexibility
low cost
eco-friendly
light-weight
etc.
Advantages of PSCs over inorganic solar cells:
a
b
c
d
Pictures of roll-to-roll production with PDTTDABT. (Top) Coating of active layer. (Middle) Coating of PEDOT layer. (Bottom)Lamination of the finished modules and test of single module under a solar simulator.
PDTTDABT
Large-area, flexible, and printable polymer solar cell demonstrated by Siemens AG, Germany
Heeger- Low Cost “Plastic”Solar Cells
国际上最热的研究领域
专家表示：有机聚合物太阳能电池效率只要超过10%，就具有商业化应用价值，比无机太阳能电池更有优势。
有机太阳能电池（聚合物和小分子）的发展阶段及最高效率
塑料太阳能电池创造新纪录
一种破纪录的聚合物太阳能电池制造成功，开发者是加州大学洛杉矶分校（University of California, Los Angeles）的研究人员，％的太阳光能量转化为电能。这一电池性能超过以前的纪录，％，那是在去年7月创造的，也是这同一个研究小组所做的。
发布日期：2019-02-24
来源：加州大学 
聚合物太阳能电池柔韧，轻便，而且有可能很便宜，但它们的性能落后于常规电池，这种电池的制备采用无机材料，比如硅。研究人员的领导是杨阳（Yang Yang）教授，他是加州大学洛杉矶分校材料科学与工程教授，他们的目标，是制成聚合物太阳能电池，可抗衡薄膜硅太阳能电池。杨阳的破纪录电池，是因为采用一种新的光伏聚合物，开发者是一家日本公司，就是住友化学公司（Sumitomo Ch