薄膜太阳能电池供体材料的开发研究

摘 要：本文主要对染料敏化太阳能电池和聚合物太阳能电池中供体材料进行分析和探讨，并对薄膜太阳能电池的供体材料的发展前景作出了总结。

关键词：薄膜太阳能电池；供体材料；开发研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.090

0 引言

随着我国科学技术和经济的不断进步与发展，全面变暖现象日益严重，主要原因是不可再生能源的使用以及随意排放温室气体导致的。随后，人们逐渐把关注点放在了研发清洁能源上和怎样减少温室气体的排放量。太阳能是清洁可再生能源的一种，太阳能在研发和利用方面起着重要作用，因此一些国家渐渐推行了阳光计划以此来开发新能源。现如今，薄膜太阳能电池应用广泛，结构简单，价钱便宜，便于携带等是薄膜太阳能电池的主要特点，在一定程度上推动了电池供体材料的可持续发展。另外，光电转化效率值的精准度不断提升，在世界各个领取也取得了不小的成就。现如今，怎样提升光电转换效率和减少投资成本是太阳能电池发展的重点，从而更好的完成产品商业化目的。随着一些新型电池活性材料的推行，在一定程度上提高了光电效率值，尤其是供体材料的开发研究，备受人们的关注。

1 染料敏化太阳能电池

自相关学者研究出光伏现象后，人们对光伏现象的原理和特点进行更深层次的分析和探讨。在20世纪70年代初期，相关学者第一次通过叶绿素敏化宽带隙半导体氧化锌，研制成功了第一个带有太阳能电池的染料敏化体系。经过长时间的对染料敏化太阳能电池的研究和探讨，其在转化效率以及制作方式上有了巨大突破，在科学界、产业界备受关注。在染料敏化太阳能电池的光电转换中，光敏剂材料是其重要组成部分，所以，研发具备高吸收指数，更广泛吸收光谱的有机染料分子，为提高料敏化太阳能电池效率奠定了坚实基础。众人皆知，染料敏化太阳能电池结构是“三明治”结构，如图1所示，导电玻璃、各种改性的半导体氧化物薄膜、光敏染料、氧化还原电解质和对电极是染料敏化太阳能电池的重要组成部分。介孔半导体薄膜、光敏染料和空穴传输材料是染料敏化太阳能电池的核心部件。光敏材料的利用直接影响了电池的使用效率，在科学领域中受到高度重视。目前在纳米二氧化钛上，钌配位中心的染料分子是应用最多的分子，比如羧酸联吡啶为配体的单核和多核钌络合物作为染料敏化剂，从而进行基础研究。研究结果显示，在一定程度上提高了电池效率，因此很多学者一致认为，要研发高质量、近红外并且与太阳光谱相匹配的有机染料，来作为染料敏化太阳能电池的活性材料，从而提高电池的光转换效率。

2 聚合物太阳能电池中的供体材料

聚合物太阳能电池是薄膜太阳能电池的一种，近几年发展迅速，其中，光电转换率逐渐提高，从以往的3%理论计算值增长到目前的10%还多，单节电池达到了11%。另外，聚合物太阳能电池开发研究的重点是供体材料的设计与开发，是有机太阳能电池中光获取光电转化的核心部件，在一定程度上还能促进光转换的效率。通过研发和分析供体材料中不难看出，要想将潜在的高转换效率展现出来，就要具备以下几点：（1）在大气中，有机供体分子的稳定性要高。供体材料占据最高轨道H0M0能量不能高于空气氧化的临界值，光吸收的主要部件是有机供体分子。由此可见，在光和近红外区域内的光学吸收能力非常强，在太阳发射光谱中光能的吸引力逐渐加强，以此来扩大光学的吸收范围。（2）合适的HOMO和LUMO能级。较低的HOMO能级可以在一定程度上提升开路电压，而供体分析的LUMO能级要比电子受体LUMO能级要高，这样电子就可以从供体转移到受体的驱动力中。（3）载流子迁移率供体材料的任务包括空穴的传输，必须必备较强的传输能力。在电子受体中要有较强的电子传输能力，从而满足聚合物供体材料的标准要求。近年来，随着新结構的不断推行，提高了电池效率，对于新活性材料来说，要想提升修饰和改性效果，就必须围绕噻吩体系执行，并做好聚合物光伏材料的分子结构设计工作。

3 结语

综上所述，随着我国科学技术的不断创新，推动了薄膜太阳能电池的发展进程，但在实用化方面还是存在一些问题，距商品化还有一定距离，其主要因素有很多，例如电池的寿命、效率、生产成本等。然而我国已经开始对有机太阳能电池的光电转换效率的理论极限进行了模拟计算，但其效果不是很明显，还是有上升的空间。

参考文献：

[1]张丹，高雪，肖楠.薄膜太阳能电池供体材料的开发[J].染料与染色，2017（01）：23-25.

[2]卢骏安，赵玉翠，王洪晶.有机太阳能电池用受体材料的制备[J].染料与染色，2013（03）：16-19.

[3]李保民.聚合物太阳能电池富勒烯衍生物受体材料的制备及其表征[J].信息记录材料，2013（02）：5-10.

作者简介：周丽琼（1989-），女，甘肃永昌人，理学学士，助教，研究方向：太阳能电池薄膜材料。