有機太陽能電池材料研究新進展

西安電子科技大學(xué) 李 昂

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的資源使用量也在不斷的提升，但由于大多數(shù)的能源都屬于不可再生的資源類型，例如石油及煤炭資源當前已經(jīng)成為枯竭能源，已經(jīng)無法在滿足社會的實際需求。在此時代背景之下，人們也開始探索可再生資源的開發(fā)，從而對不可再生資源所具有的作用進行替代。此外電池主要的組成部分為鎳等重金屬及化學(xué)物質(zhì)，在使用之后會對生態(tài)環(huán)境造成嚴重的影響，想要對此問題進行解決，還需要對有機太陽能電池進行充分的研究。

1.有機太陽能電池的主要原理

要對半導(dǎo)體所具有的導(dǎo)電功能進行應(yīng)用，從而實現(xiàn)對于環(huán)境中光伏的吸收，并把光伏所具有的異樣材質(zhì)進行多個層面的有效處理，從而使其成為供給源頭，并給有機太陽能電池提供能量。所以，由于太陽能電池所具有的特殊效應(yīng)也能夠把它叫做是光伏電池。通過對于特殊材料的使用對光能進行收集，并利用一些對光能較為敏感的介質(zhì)進行靜電處理，在材料內(nèi)部使得光能與電子材料之間的有效接觸，使電極流轉(zhuǎn)等一些操作得到實現(xiàn)，綜合以后就構(gòu)成了靜電條件下的電池作用，從而給電子設(shè)備提供足夠的能源。太陽能電池簡單來說就是對光伏發(fā)生作用的應(yīng)用，使其有對應(yīng)電流的出現(xiàn)，同時根據(jù)通電設(shè)備所具有的操作原理下，對電能進行轉(zhuǎn)換與應(yīng)用，而太陽光能就能夠通過對能源傳導(dǎo)介質(zhì)的有效收集促使光子反應(yīng)得到實現(xiàn)，在光子作用下進行相應(yīng)的工作。若其所收集到的能源能量比實際的標準范疇多，則可能導(dǎo)致電子空穴對現(xiàn)象的出現(xiàn)，這種情況下其所對應(yīng)的半導(dǎo)體則會發(fā)生融合能源的情況，使得激子不能進行自行的轉(zhuǎn)化。把兩種不同的電子能量進行融合及反應(yīng)后，還會有游離的激子反應(yīng)的出現(xiàn)，會降低電池應(yīng)用的實際功能，所以想要使得太陽能電池的實際應(yīng)用效果得到充分的提升，就還需要使主導(dǎo)材料接受半導(dǎo)體材質(zhì)融合的操作過程。

2.有機太陽能電池的具體分類

有機太陽能電池根據(jù)其常性質(zhì)主要有三種類型，分別是單質(zhì)結(jié)類型及異質(zhì)結(jié)類型的有機太陽能電池，還有就是利用染料敏化的特征所實現(xiàn)的一種特殊類型的太陽能電池。其具體的應(yīng)用原理及基本結(jié)構(gòu)如下：

2.1 單質(zhì)結(jié)類

有關(guān)研究人員在對太陽能電池應(yīng)用原理和種類中曾表明，單質(zhì)結(jié)類太陽能電池的研究時間比較長，當前已經(jīng)取得了相對比較成熟的理論與實踐結(jié)論。而單質(zhì)結(jié)太陽能電池主要是由電極、有機層等部分所構(gòu)成的。其中，電極主要的構(gòu)成物質(zhì)則是金屬，也使得其傳導(dǎo)性能較為優(yōu)良，而其內(nèi)所建立的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的主要組成部分則是導(dǎo)電聚合物等等材料，在傳輸?shù)倪^程中則會反應(yīng)發(fā)生的可能性。因此，這也表明單質(zhì)結(jié)類的太陽能電池沒有比較良好的電流傳導(dǎo)能力，目前基本已經(jīng)不再應(yīng)用在實際過程中。隨后，有專家學(xué)者在進行研究的過程中發(fā)展，某種聚合物與別的有機分子材料能夠使得有機太陽能電池電流傳導(dǎo)能力得到提升，也就是在對H2等物質(zhì)進行摻雜之后使得電池導(dǎo)電的幾率得到提升，所以為了提升單質(zhì)結(jié)太陽能電池的實際使用性能，也會在制作的過程中在其中摻加此類物質(zhì)。

2.2 異質(zhì)結(jié)類的有機太陽能電池

有研究人員在對異質(zhì)結(jié)型的有機太陽能電池材料進行最新進展的研究過程中說，異質(zhì)結(jié)類的有機電池還包含了混合異質(zhì)結(jié)等一些有著不同構(gòu)造的太陽能電池的小分類。在單質(zhì)結(jié)異類的有機電池研發(fā)出來以后，有發(fā)現(xiàn)了異質(zhì)結(jié)的有機電池。在其研究過程中發(fā)現(xiàn)，在異質(zhì)結(jié)太陽能電池的內(nèi)部，光能向電能進行轉(zhuǎn)化的速度是比較快的的，其速度要高于單質(zhì)結(jié)類的有機太陽能電池，因此也比較適合進行普及和應(yīng)用。另外，異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池與單質(zhì)結(jié)的太陽能電池相比，其轉(zhuǎn)化層面也更為廣闊，在電池接收到光能以后，其轉(zhuǎn)化區(qū)域有著比單質(zhì)結(jié)太陽能電池高出許多的使用效率，而在其將內(nèi)部電荷分離出來以后，也是以比較密集的狀態(tài)存在的。還有一些研究學(xué)者在異結(jié)質(zhì)的太陽能電池高效能的研究過程中發(fā)現(xiàn)，若是想要異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池應(yīng)用過程中的轉(zhuǎn)化效率得到進一步的提升，使其有較多的電流出現(xiàn)得到應(yīng)用，就?在異質(zhì)結(jié)電池中對一些聚合物進行有效的添加，并將納米界面作為其最基礎(chǔ)的界板，使得電池與陽光有著更大的接觸面積，這樣其就能夠?qū)^多的光能收集，并向電能進行轉(zhuǎn)化。

2.3 染料敏化類的有機太陽能電池

在對染料敏化類的有機太陽能電池進行研究的過程中，有研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)，若使得有機染料能夠在太陽能電池的表面進行附著，就能對有機染料本身所具有的一些特性，使得太陽能電池能夠增加對光能的吸收量，這樣太陽能電池中的半導(dǎo)體在將染料敏化所具有的作用充分發(fā)揮出來以后，就構(gòu)成了染料敏化類的有機太陽能電池。在染料敏化類的有機太陽能電池的應(yīng)用過程中，不僅其成本比價低，且電池吸收光能向電能轉(zhuǎn)化的實際效率也得到了充分的提升，使得大規(guī)模的生產(chǎn)及應(yīng)用成為了現(xiàn)實。但其與其他化學(xué)物質(zhì)的共同作用，所出現(xiàn)的變化情況當前還不明確，還需要研究人員進行進一步的研究分析。但染料敏化類的有機太陽能電池已經(jīng)成為當前有機太陽能電池研究的新方向。

3.有機太陽能電池材料分析

當前在實際應(yīng)用過程中有著很多種類的有機太陽能電池材料，本文的研究主要是針對以下類型的具體分析，希望能夠通過材料類型的分析，更加有效的掌握有機太陽能電池的研究新進展。

3.1 有機小分子的太陽能電池材料

作為一種研究與制造太陽能電池材料的主要途徑，有機小分子也是當前主要應(yīng)用的一種太陽能電池材料。而通過對有機小分子實際的分子結(jié)構(gòu)式進行分析，就能夠使其自行對一種新型的結(jié)構(gòu)類型進行組織與制造。同時，在分子進行重組時，也有效的提升了太陽能電池的實際功效，極大程度的滿足了社會對于太陽能電池效率的實際使用要求。并且在我們?nèi)粘５纳钪?，很多都涉及到了有機小分子的電池材料。在小分子所具有的綜合作用下，就出現(xiàn)了電流，從而對太陽能電池的實際使用提供了重要的支持作用。

3.2 有機大分子的太陽能電池材料

相對于有機小分子電池材料而言，有機的大分子電池材料和其工作原理有著較大的差異，而隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷能提升，人們也逐漸關(guān)注到大分子電池材料的研究應(yīng)用。例如，在對較多的大分子電池材料進行研究后發(fā)現(xiàn)，富勒烯衍生物屬于一種效能較高的電池能源供給材料。在對此類物質(zhì)進行了研究及反應(yīng)作用，其實也是對新型能源的有效研發(fā)，同時在對其進行實際的使用時，還在一定程度上使其功能得到了進一步的優(yōu)化。也就是說，大分子有著高效的工作原理，這樣就能夠充分的提升電能及光能的轉(zhuǎn)化質(zhì)量，從而使得電池工作的原動力成為溶解性比較優(yōu)異的物質(zhì)。

3.3 D-A體系

這里所說的D-A體系指的是經(jīng)過混合形式處理的導(dǎo)電介質(zhì)，在結(jié)構(gòu)薄膜中所具有的異質(zhì)結(jié)構(gòu)進行不斷的深入與滲透的轉(zhuǎn)化過程，此過程能夠滿足使用者對于電能的實際需求，同時也可以使得網(wǎng)絡(luò)輸出的工作要求得到實現(xiàn)，其通過對于結(jié)構(gòu)中缺失問題的彌補，有效的實現(xiàn)了電流及能源的傳送過程，極大程度的支持了電荷轉(zhuǎn)移分離的技術(shù)操作。D-A材料可以滿足傳統(tǒng)的混合材料對于傳輸電能結(jié)構(gòu)的實際影響，從而使得缺失中電量損失降到最低，使得有機太陽能電池的工作效率得到有效提升。而D-A材料在有機太陽能電池中的應(yīng)用也是當前相關(guān)科研工作的主要研究內(nèi)容。

3.4 有機無機雜化體系

對于傳統(tǒng)的傳輸及導(dǎo)電工作的操作流程而言，其往往需要開展差異性的光能及電能的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)工作，從而防止有異動及阻礙轉(zhuǎn)化操作環(huán)節(jié)的部分出現(xiàn)。這種情況下實現(xiàn)電能與光能轉(zhuǎn)變的就是一種復(fù)合型的有機材料的綜合性應(yīng)用，這樣有機太陽能電池才能夠?qū)崿F(xiàn)高速的傳導(dǎo)，并且也可以使得收集光能材質(zhì)所具有的功能性得到充分的提升，使得電能的供應(yīng)質(zhì)量得到提升。想要使得有機太陽能電池得到好的發(fā)展與應(yīng)用，還需要加大對于研究的力度，從而使得有機與無機材料能夠呈現(xiàn)良好的轉(zhuǎn)化。

3.5 有機太陽能材料的小結(jié)

有機太陽能小結(jié)的主要優(yōu)點在于其結(jié)構(gòu)相對簡單，同時合成功能比較便捷，并在其具體的應(yīng)用過程中，其質(zhì)量是比較輕便的且其操作較為簡單，不僅簡易化了傳統(tǒng)的化學(xué)機構(gòu)，更是降低了有機太陽能電池的制造成本，但同時其工作效率卻得到了明顯的提升，因此也收到了極大的青睞。

4.總結(jié)

綜上所述，作為一種替代鎳電池而出現(xiàn)的新型材料，學(xué)術(shù)界對于有機太陽能電池的研究業(yè)已經(jīng)持續(xù)了較長時間，并獲得了一定的進程。當前，在社會中應(yīng)用比較多的主要有三種電池類型，分別為單質(zhì)結(jié)有機類、異質(zhì)結(jié)有機類于染料敏化類。而在對太陽能電池進行制作的過程中，還有很多的材料分類，主要有兩種類型，分別是小分子材料與大分子材料，但在其下還能夠分為更多的小種類。這樣的情況也導(dǎo)致在應(yīng)用不同的材料對太陽能電池進行制作時，其會呈現(xiàn)出不同的特性。因此，本文主要是對有機太陽能電池材料的研究新進展進行了分析，希望能夠為太陽能電池研制的進一步發(fā)展提供一定的指導(dǎo)意義。

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