有机太阳能电池材料研究新进展

西安电子科技大学 李 昂

随着社会经济的快速发展，人们的资源使用量也在不断的提升，但由于大多数的能源都属于不可再生的资源类型，例如石油及煤炭资源当前已经成为枯竭能源，已经无法在满足社会的实际需求。在此时代背景之下，人们也开始探索可再生资源的开发，从而对不可再生资源所具有的作用进行替代。此外电池主要的组成部分为镍等重金属及化学物质，在使用之后会对生态环境造成严重的影响，想要对此问题进行解决，还需要对有机太阳能电池进行充分的研究。

1.有机太阳能电池的主要原理

要对半导体所具有的导电功能进行应用，从而实现对于环境中光伏的吸收，并把光伏所具有的异样材质进行多个层面的有效处理，从而使其成为供给源头，并给有机太阳能电池提供能量。所以，由于太阳能电池所具有的特殊效应也能够把它叫做是光伏电池。通过对于特殊材料的使用对光能进行收集，并利用一些对光能较为敏感的介质进行静电处理，在材料内部使得光能与电子材料之间的有效接触，使电极流转等一些操作得到实现，综合以后就构成了静电条件下的电池作用，从而给电子设备提供足够的能源。太阳能电池简单来说就是对光伏发生作用的应用，使其有对应电流的出现，同时根据通电设备所具有的操作原理下，对电能进行转换与应用，而太阳光能就能够通过对能源传导介质的有效收集促使光子反应得到实现，在光子作用下进行相应的工作。若其所收集到的能源能量比实际的标准范畴多，则可能导致电子空穴对现象的出现，这种情况下其所对应的半导体则会发生融合能源的情况，使得激子不能进行自行的转化。把两种不同的电子能量进行融合及反应后，还会有游离的激子反应的出现，会降低电池应用的实际功能，所以想要使得太阳能电池的实际应用效果得到充分的提升，就还需要使主导材料接受半导体材质融合的操作过程。

2.有机太阳能电池的具体分类

有机太阳能电池根据其常性质主要有三种类型，分别是单质结类型及异质结类型的有机太阳能电池，还有就是利用染料敏化的特征所实现的一种特殊类型的太阳能电池。其具体的应用原理及基本结构如下：

2.1 单质结类

有关研究人员在对太阳能电池应用原理和种类中曾表明，单质结类太阳能电池的研究时间比较长，当前已经取得了相对比较成熟的理论与实践结论。而单质结太阳能电池主要是由电极、有机层等部分所构成的。其中，电极主要的构成物质则是金属，也使得其传导性能较为优良，而其内所建立的复杂结构的主要组成部分则是导电聚合物等等材料，在传输的过程中则会反应发生的可能性。因此，这也表明单质结类的太阳能电池没有比较良好的电流传导能力，目前基本已经不再应用在实际过程中。随后，有专家学者在进行研究的过程中发展，某种聚合物与别的有机分子材料能够使得有机太阳能电池电流传导能力得到提升，也就是在对H2等物质进行掺杂之后使得电池导电的几率得到提升，所以为了提升单质结太阳能电池的实际使用性能，也会在制作的过程中在其中掺加此类物质。

2.2 异质结类的有机太阳能电池

有研究人员在对异质结型的有机太阳能电池材料进行最新进展的研究过程中说，异质结类的有机电池还包含了混合异质结等一些有着不同构造的太阳能电池的小分类。在单质结异类的有机电池研发出来以后，有发现了异质结的有机电池。在其研究过程中发现，在异质结太阳能电池的内部，光能向电能进行转化的速度是比较快的的，其速度要高于单质结类的有机太阳能电池，因此也比较适合进行普及和应用。另外，异质结的有机太阳能电池与单质结的太阳能电池相比，其转化层面也更为广阔，在电池接收到光能以后，其转化区域有着比单质结太阳能电池高出许多的使用效率，而在其将内部电荷分离出来以后，也是以比较密集的状态存在的。还有一些研究学者在异结质的太阳能电池高效能的研究过程中发现，若是想要异质结的有机太阳能电池应用过程中的转化效率得到进一步的提升，使其有较多的电流出现得到应用，就㤇在异质结电池中对一些聚合物进行有效的添加，并将纳米界面作为其最基础的界板，使得电池与阳光有着更大的接触面积，这样其就能够对较多的光能收集，并向电能进行转化。

2.3 染料敏化类的有机太阳能电池

在对染料敏化类的有机太阳能电池进行研究的过程中，有研究学者发现，若使得有机染料能够在太阳能电池的表面进行附着，就能对有机染料本身所具有的一些特性，使得太阳能电池能够增加对光能的吸收量，这样太阳能电池中的半导体在将染料敏化所具有的作用充分发挥出来以后，就构成了染料敏化类的有机太阳能电池。在染料敏化类的有机太阳能电池的应用过程中，不仅其成本比价低，且电池吸收光能向电能转化的实际效率也得到了充分的提升，使得大规模的生产及应用成为了现实。但其与其他化学物质的共同作用，所出现的变化情况当前还不明确，还需要研究人员进行进一步的研究分析。但染料敏化类的有机太阳能电池已经成为当前有机太阳能电池研究的新方向。

3.有机太阳能电池材料分析

当前在实际应用过程中有着很多种类的有机太阳能电池材料，本文的研究主要是针对以下类型的具体分析，希望能够通过材料类型的分析，更加有效的掌握有机太阳能电池的研究新进展。

3.1 有机小分子的太阳能电池材料

作为一种研究与制造太阳能电池材料的主要途径，有机小分子也是当前主要应用的一种太阳能电池材料。而通过对有机小分子实际的分子结构式进行分析，就能够使其自行对一种新型的结构类型进行组织与制造。同时，在分子进行重组时，也有效的提升了太阳能电池的实际功效，极大程度的满足了社会对于太阳能电池效率的实际使用要求。并且在我们日常的生活之中，很多都涉及到了有机小分子的电池材料。在小分子所具有的综合作用下，就出现了电流，从而对太阳能电池的实际使用提供了重要的支持作用。

3.2 有机大分子的太阳能电池材料

相对于有机小分子电池材料而言，有机的大分子电池材料和其工作原理有着较大的差异，而随着科学技术水平的不断能提升，人们也逐渐关注到大分子电池材料的研究应用。例如，在对较多的大分子电池材料进行研究后发现，富勒烯衍生物属于一种效能较高的电池能源供给材料。在对此类物质进行了研究及反应作用，其实也是对新型能源的有效研发，同时在对其进行实际的使用时，还在一定程度上使其功能得到了进一步的优化。也就是说，大分子有着高效的工作原理，这样就能够充分的提升电能及光能的转化质量，从而使得电池工作的原动力成为溶解性比较优异的物质。

3.3 D-A体系

这里所说的D-A体系指的是经过混合形式处理的导电介质，在结构薄膜中所具有的异质结构进行不断的深入与渗透的转化过程，此过程能够满足使用者对于电能的实际需求，同时也可以使得网络输出的工作要求得到实现，其通过对于结构中缺失问题的弥补，有效的实现了电流及能源的传送过程，极大程度的支持了电荷转移分离的技术操作。D-A材料可以满足传统的混合材料对于传输电能结构的实际影响，从而使得缺失中电量损失降到最低，使得有机太阳能电池的工作效率得到有效提升。而D-A材料在有机太阳能电池中的应用也是当前相关科研工作的主要研究内容。

3.4 有机无机杂化体系

对于传统的传输及导电工作的操作流程而言，其往往需要开展差异性的光能及电能的调节调节工作，从而防止有异动及阻碍转化操作环节的部分出现。这种情况下实现电能与光能转变的就是一种复合型的有机材料的综合性应用，这样有机太阳能电池才能够实现高速的传导，并且也可以使得收集光能材质所具有的功能性得到充分的提升，使得电能的供应质量得到提升。想要使得有机太阳能电池得到好的发展与应用，还需要加大对于研究的力度，从而使得有机与无机材料能够呈现良好的转化。

3.5 有机太阳能材料的小结

有机太阳能小结的主要优点在于其结构相对简单，同时合成功能比较便捷，并在其具体的应用过程中，其质量是比较轻便的且其操作较为简单，不仅简易化了传统的化学机构，更是降低了有机太阳能电池的制造成本，但同时其工作效率却得到了明显的提升，因此也收到了极大的青睐。

4.总结

综上所述，作为一种替代镍电池而出现的新型材料，学术界对于有机太阳能电池的研究业已经持续了较长时间，并获得了一定的进程。当前，在社会中应用比较多的主要有三种电池类型，分别为单质结有机类、异质结有机类于染料敏化类。而在对太阳能电池进行制作的过程中，还有很多的材料分类，主要有两种类型，分别是小分子材料与大分子材料，但在其下还能够分为更多的小种类。这样的情况也导致在应用不同的材料对太阳能电池进行制作时，其会呈现出不同的特性。因此，本文主要是对有机太阳能电池材料的研究新进展进行了分析，希望能够为太阳能电池研制的进一步发展提供一定的指导意义。

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