功能高分子化学-课件-非线性光学-光电转换材料.ppt

第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第三节非线性光学有机高分子材料第四节光电转换材料单晶硅太阳能电池（ηmax=24.7%）多晶硅太阳能电池(ηmax=20.3%)非晶硅太阳能电池碲化镉和铜铟硒薄膜太阳电池染料敏化TiO2电池
有机太阳能电池的工作原理和结构有机半导体吸收光子产生电子空穴对(激子)，激子的结合能大约为0.2～1.0eV,高于相应的无机半导体激发产生的电子空穴对的结合能，所以电子空穴对不会自动解离形成自由移动的电子和空穴,需要电场驱动电子空穴对进行解离。两种具有不同电子亲和能和电离势的材料相接触,接触界面处产生接触电势差，可以驱动电子空穴对解离。单纯由一种纯有机化合物夹在两层金属电极之间制成的肖特基电池效率很低，后来将p型半导体材料(电子给体(Donor)，以下简记为D)和n型半导体材料(电子受体(Acceptor)，以下简记为A)复合，发现两种材料的界面电子空穴对的解离非常有效，光激发单元的发光复合退活过程有效地得到抑制，导致高效的电荷分离。也就是通常所说的p2n异质结型太阳能电池。D和A的组合有3种结构：
1、双层膜
2、共混膜体系
3、层压膜体系
不同的材料根据自身的特点采用不同的结构,以使光电转换效率达到最高。

双层膜电池结构示意图共混膜电池结构示意图层压膜结构示意图有机太阳能电池材料有机小分子化合物2025/3/62025/3/62025/3/62025/3/6有机大分子化合物2003年,Takahashi等人将聚噻吩衍生物PTh与光敏剂卟啉
H2PC共混后与芘衍生物PV制成双层膜器件,在430nm处的能量转换
效率最高达到了2.91%。双层膜结构化合物器件示意图D-A二元体系2002年，Otsubo将齐聚噻吩连接到C60上。发现噻吩链越长，共轭程度越高，氧化电位越低，稳定光诱导电荷转移生成的正离子自由基的能力越强。制成器件的光电转换效率最高的16T-C60为0.4%。光电转换效率为0.02%模拟叶绿素分子结构材料美国阿尔贡国家实验室的工作人员合成了具有以上结构的化合物C-P-Q。卟啉环吸收太阳光,将电子转移到受体苯醌环上,然后胡萝卜素也可以吸收太阳光,将电子注入卟啉环,最后正电荷集中在胡萝卜素分子,负电荷集中在苯醌环上,电荷分离态的存在时间长达4ms。卟啉对太阳光的吸收远大于胡萝卜素。如果将该分子制成极化膜附着在导电高分子膜上,就可以将太阳能转化为电能。根据美国光热公司A.M.Marks等人的理论计算,这种塑料薄膜光电池可以将太阳光的60%-80%转变为电能。虽然他们的设计仅是一种理论模型,在技术上实现有不小的难度,但他们的设计思想为太阳能电池的研究发展提供了新思路。2025/3/62025/3/62025/3/6卟啉-噻吩-富勒烯三元化合物有机无机杂化体系2025/3/6透射电子显微镜(TEM)的膜状态总的来说，价廉、高效、能够大面积制备的太阳能电池材料一直是人们追求的目标。有机太阳能电池材料具有容易进行分子水平上的裁减和设计，生产工艺简单，可以制备大面积轻盈薄膜等优点，如果能在光电转换性能上取得进一步的突破，将有可能在生产实践中得到广泛应用，其市场前景将十分巨大。从材料的角度讲，目前需要做的是从廉价易得原料出发，有针对性地设计合成一些化合物对光诱导电子转移过程和机制进行研究，以指导材料的设计合成。同时还需要对现有的材料体系进行复合优化，以取得最大效率。