试论聚合物薄膜太阳能电池

黄天喜

摘 要：近年来，随着人们对新能源的利用加强，聚合物薄膜太阳能电池以其独特的优点被人们的广泛研究，本文在此基础上，对聚合物薄膜太阳能电池进行分析。首先阐述了其工作原理和器件性能的参数，其次分析了聚合物薄膜太阳能电池的现状，最后对聚合物薄膜太阳能电池的未来研究进行总结与展望，希望能对今后的研究起到作用。

关键词：聚合物薄膜；太阳能电池；太阳能资源；有机聚合物

引言：随着时代的发展，能源的开发与运用已经国家的成为重点。从20世纪中期开始，各国就开始研发利用太阳能资源，人们希望利用大自然的力量生产出科学环保的设备。其中，在电池的研究发展中也对太阳能资源进行了利用。近年来，聚合物薄膜太阳能因为造价成本低、易于生产等优点，受到人们巨大关注。下面就来了解一下聚合物薄膜太阳能电池的相关内容。

1.聚合物薄膜太阳能电池的基本原理

1.1聚合物薄膜太阳能电池的工作原理

聚合物薄膜太阳能电的工作原理比较特殊，它是靠太阳光而工作的。在阳光照射过程中，其本身的有机聚合物质会吸收带宽度的光子，通过升级给体材料的电子来产生适当的激子，也就是电子空穴对。电子在感应到太阳光的热力强度时，它会由HOMO能级上升至LUMO能级，这使得其中距离较远的复合激子在传输的过程中发生解离，这样就导致出现了相对灵活的电子和空穴。它们再各自向电池的两极移动，最终分别被阴阳两极所聚集[1]。这样一系列的过程，就是聚合物薄膜太阳能电池的工作原理。

因为有机聚合物薄膜材料在流子是的传输过程比较缓慢，所以聚合物薄膜太阳能电池的结构也很特殊，这种结构是其他电池所不具备的特殊构造，可以看做是MIM模型。其中聚合物薄膜材料与阴阳两端的电极分别形成欧姆接触，在迁移过程中，载流子被逐渐收集起来。在热平衡状态下，如果用肖克莱方程来解释有机聚合物薄膜太阳能电池，可以得到以下方程：

其中q相当于电子电量，J是反向饱和的电流，Ta代表所在环境的温度，kbta的温度是0.026ev。

1.2聚合物薄膜太阳能电池的器件性能参数

用四个参数可以表示聚合物薄膜太阳能电池的器件性能。其一是开路电压Voe，这是聚合物薄膜太阳能电池的输出电压。Voe是开路电压的一种，其基本又聚合物薄膜电池中的给体和受体影响。其二参数是填充因子FF，它是由最大功率的MPP点比上Voe和Jsc而得到的，其计算结果公式为：

聚合物薄膜太阳能电池的第三个参数是非常重要的光电转换效率，它是由计电池单位面积的输出功率（Pm）与光能密度（Pln）的比值计算得到。其中值得注意的是，聚合物薄膜材料的带宽、能级位置、薄膜的形态等因素都会对聚合物薄膜太阳能电池的光电效率产生影响。最后的参数就是短路电流Isc，其作为聚合物薄膜太阳能电池的工作电流，主要受内部串联的电阻影响，不过对他起到直接决定因素的还是电池内部的电子空穴对。

2.聚合物薄膜太阳能电池的现状

与其他燃料电池和无机电池相比，聚合物薄膜太阳能电池的优点有很多，比如，它的造价低、成本少、对光的吸收能力强、柔性大[2]。这种电池自身科学、环保、清洁，非常便于大规模生产和制备柔性的器件，尤其是任何形状底衬上的也应用，聚合物薄膜太阳能电池是众多电池中最好的选择。

但是目前，人们对于聚合物薄膜太阳能电池的使用还不是很多，其市场利用率和普及率却远远不及其他电池。这对人类能源发展利用上来讲，是个不小的遗憾。所以研发团队解决聚合物薄膜太阳能电池研发过程中存在的技术问题就显得至关重要了。聚合物薄膜太阳能电池的现状主要有以下几点。

第一，物薄膜太阳能电池的效率不够，聚合物薄膜的迁移率较低，目前还没有较好的改善办法，所以在一定程度内降低了电荷的传输效率。第二，聚合物薄膜太陽能电池在激子离合的过程中不能充分发挥作用，导致对激子的收集效率也比较缓慢。第三，聚合物薄膜这种新型材料有其自身的不稳定性，所以专家难以对电池活性层的形态完全掌控，这就使得电池器件的稳定性下降，对其工作的效率产生影响。

以上这些问题都是技术研究上的不完善之处，如果不能突破此瓶颈，那么，势必阻碍聚合物薄膜太阳能电池的进一步发展，所以改变这一技术现状是目前的当务之急。

3.对聚合物薄膜太阳能电池的未来研究展望

随着聚合物薄膜太阳能电池的逐步研究，其产业化的进程已经有了一部分的进展。虽然聚合物薄膜太阳能电池的稳定性不够，电池效率也不高，但是其在未来还是有很大的研究空间的，对此一定要从技术环节上入手。如果能克服以上的技术瓶颈，改善缺点，那么这种电池将会有很大的利用价值。就现阶段来看，聚合物薄膜太阳能电池的生产简单却成本较低的优势明显，这种优势有是探索研究的动力所在。

进一步研发窄带隙聚合物，运用聚合物薄膜材料大面积的制作电池和增加活性层的光吸收能力等方面都可以作为今后研究的重点之一，就拿聚合物薄膜材料为例，未来的研究可以考虑要以下方面入手。

例如，未来的研究可以试图改善聚合物薄膜材料的弊端，使其高开路电压的性能提高，达到窄带隙聚合物的功能。还可以制备新型的材料，比如，把载流子的高迁移率的材料提取出来，进行溶解或调剂等试验，把其中的因素融合进聚合物太阳能电池中，研发出新的具有高迁移率的聚合物薄膜材料。此外，使聚合物薄膜太阳能电池商业化应用的重点，就是提升物薄膜太阳能电池的稳定性。虽然在这方面的研究有着不小的挑战，但是，通过对有机材料和无机材料的对比试验等，相信会给电池器件的稳定性带来启发。

结束语：聚合物薄膜太阳能电池利用了太阳能资源，其本身是具有新能源环保节约的特质的，所以更要加大研发力度进行探索。相信随着科技的发展和人类不断地实验，聚合物薄膜太阳能电池会具有更优越的性能，其使用率会越来越大，会成为人们的日常生活中和生产发展中的重要能源材料之一。

参考文献：

[1]自然.在阳光下振动的聚合物薄膜使太阳能电池更高效[J].军民两用技术与产品，2016（15）：32.

[2]吴江，谢志元.刮涂法制备聚合物薄膜太阳能电池[J].发光学报，2012，33（05）：540-544.