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三元有机太阳能电池的概述
论文作者:童鞋论文网  论文来源:www.txlunwenw.com  发布时间:2019/3/19 13:31:40  

摘要:目前有机太阳能电池较低的光电转换效率,主要是因为光敏层的吸收光谱与太阳辐射光谱不匹配。而三元有机太阳能电池采用的三元的策略不仅有叠层电池拓展光吸收范围的作用,也有单层二元电池制造方法简单的优势。

关键词:太阳能电池 三元有机太阳能电池

目前有机太阳能电池较低的光电转换效率,主要是因为光敏层的吸收光谱与太阳辐射光谱不匹配。为了克服此限制,目前科学家提出了三个解决方案:通过合成具有较宽吸收范围的嵌段共聚物,使其吸收范围同时覆盖可见光区和近红外光区[13, 34, 63-65];使用叠层电池的概念,堆叠两个或更多具有平行或互补吸收光谱的电池;通过在二元体系中添加第三组分构成三元共混有机太阳能电池,拓展其光吸收范围[36, 66]。三元有机太阳能电池采用最后一种方法,将宽能带隙聚合物的吸收范围拓展至近红外区,获得更高的PCE。与叠层电池相比,三元的策略不仅有叠层电池拓展光吸收范围的作用,也有单层二元电池制造方法简单的优势。

图1三元有机太阳能电池与叠层太阳能电池的结构图

如图1所示,将光吸收范围在近红外区的窄能带隙有机物加载到宽能带隙有机物与富勒烯衍生物的混合物主体系之中,构筑成三元器件。可以拓宽活性层的光吸收范围,进一步与太阳光辐射相匹配,增加光子的捕获能力,最终提高电池的光电转换效率。三元有机太阳能电池只通过简单的共混即可实现,较叠层结构更加容易实现,并将逐步取代。三元有机太阳能电池按照工作机制,可以分为以下三类。

1电荷转移

三元有机太阳能电池中的电荷转移,是指两个给体与受体,任意二者之间的电荷转移。Markus Koppe通过在P3HT/PC61BM中引入窄能带隙聚合物PCPDTBT提高光伏器件的短路电流。研究发现,在532 nm处激发二元薄膜P3HT/PCPDTBT(0.8 / 0.2),尽管P3HT的荧光强度下降了80%,但近红外光区(PCPDTBT的荧光)的荧光强度基本上没有变化,证明在三元光伏器件P3HT/PC61BM/PCPDTBT中,其增感机理主要以电荷转移为主[68]。

2能量传递

一般情况,有机太阳能电池中的能量传递属于无辐射的能量传递。能量给体的发射光谱与能量受体的吸收光谱有重叠是发生能量传递的必要条件。Satoshi Honda的研究中,P3HT/PC61BM薄膜中P3HT的荧光淬灭效率为80%。而添加SiPC后, P3HT/PC61BM/SiPC薄膜中P3HT的荧光淬灭效率提升至100%。即P3HT的激子由于P3HT与SiPC之间的能量转移,提高了激子的捕获,进而提高荧光淬灭效率[69]。

3并联机制

并联机制(parallel—linkage)是不同于电荷转移和能量传递的机制,在并联机制的三元电池中,双给体间不存在电荷转移或能量转移,它们的激子分别与受体进行电荷转移,产生的自由电荷分别在各自的相中传输。Yang[70]通过制备厚度为100 nm的三元器件TAZ/DTBT/PCBM=0.5:0.5:1,和活性层厚度为50 nm的二元子电池DTBT/PCBM=1:1,TAZ /PCBM=1:1。研究发现三元电池在短波长处的EQE值接近两个子电池在同一波长EQE值的和。

图2三元有机太阳能电池的工作机制

参考文献

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