什么是聚合物太陽(yáng)能電池?
共扼聚合物太陽(yáng)能電池是一種新型有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池,它由共輒聚合物給體和富勒烯衍生物受體的共混薄膜活性層夾在IT0透明導(dǎo)電玻璃正極和低功函數(shù)金屬負(fù)極之間所組成。
IT0(氧化錮錫)作為電池的透光正極,金屬A1、Ca等其他金屬作為電池負(fù)極,正極和負(fù)極之間有一層共混膜,厚度約100-200nm,是由給體和受體材料組成的活性層。聚合物PEDOT:PSS是一層修飾層,厚度約50nm,可以改善ITO電極的功涵和界面性質(zhì)。
當(dāng)光透過(guò)ITo電極照射到聚合物活性層上時(shí),活性層中的給體材料吸收光子產(chǎn)生激子。激子隨后遷移到聚合物受體/給體的界面上,其中的電子就轉(zhuǎn)移到受體材料的LUMO能級(jí)上,空穴則在給體材料的HOMo能級(jí)上,光生電荷實(shí)現(xiàn)分離。
在電池勢(shì)場(chǎng)作用下,被分離的空穴會(huì)沿著共聚物給體形成的通道傳輸?shù)秸龢O,而電子沿著受體傳輸至負(fù)極??昭ê碗娮臃謩e傳達(dá)到正極和負(fù)極后,就形成了光電流和光電壓,這就是聚合物太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的光生伏打效應(yīng)。大體的光伏過(guò)程為:1.光的吸收;2.產(chǎn)生激子;3.激子發(fā)生遷移;4.激子的解離;5.載流子分開(kāi)、遷移及收集。
聚合物太陽(yáng)能電池提高光能轉(zhuǎn)化的方法-窄帶隙共輒聚合物
如何提高聚合物太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換率是目前研究的關(guān)鍵課題。制備窄帶隙聚合物是解決轉(zhuǎn)換效率低的一種方法。聚合物能帶隙就是聚合物中HOMO能級(jí)與LUMO能級(jí)的能級(jí)差。一般來(lái)講,窄帶隙聚合物的能帶隙小于2.0eV,它可以吸收的光的波長(zhǎng)大于等于620nm。
研究發(fā)現(xiàn),D-A型窄帶隙共扼聚合物能夠有效提高能量轉(zhuǎn)換效率,這種聚合物由給體單元(D)和受體單元(A)組成。改變其給體和受體單元,可以改變它的HOMO和LUMO能級(jí),以降低帶隙,提高光電性能。D-A共聚物中因給體單元和受體單元的推拉電子作用,使得聚合物的帶隙變窄,從而極大地拓寬了聚合物的吸收光譜。并且人們可以通過(guò)將不同的給體單元與不同的受體單元進(jìn)行排列組合,可以在較大的范圍內(nèi)精細(xì)地調(diào)控聚合物的吸收光譜回。
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