5.9%。

在近年的研究中, 染料敏化太阳能电池( DSSCs) 由于光吸收和电荷分离过程是分开的, 其效率与非晶硅电池相当, 也成为有机太阳能电池研究的热点。染料敏化太阳能电池( DSSCs) 实现实际应用面临的首要问题是扩大电池面积, 2001 年荷兰能量研究基金会报道了面积为2. 36cm的电池, 效率达到了8. 2%。我国中科院物理所的王孔嘉等在2004~ 2005 年连续报道了有效面积达60% 以上的10. 2cm、1 87. 2cm 、300cm和1497. 6cm的电池, 效率也分别达到7. 4%、5. 9%、5. 0%和5. 7%[15] 。目前他们已经完成了60W 的小型电站, 并且正在筹建500W 的电站, 为国内的DSSCs 应用奠定了良好的基础。

我国目前对有机太阳能电池的研究也已经取得了不少成果[10,16] , 中科院等离子体物理所、中科院化学所、中科院理化所、北京大学、吉林大学、东南大学、清华大学、华侨大学等单位均开展了相关研究。其中, 北京大学黄春晖等在有机染料的优化方面取得了较好的结果; 中科院化学研究所的肖绪瑞等在半固态电解质等方面取得了一定的进展; 中科院物理所孟庆波等在固态电解质和阵列电极等方面有所创新; 中科院等离子所戴松元等对染料敏化太阳能电池组件及封装技术进行了较系统的研究。

222224 优劣势及前景展望

虽然有机太阳能电池的供电效率不如传统电池的效率高，但是他的造价低廉而且还有多样性的用途，所以它的前景一片光明！具有以下优点：（1）有机材料合成成本低、功能易于调制、柔韧性及成膜性都较好；（2）有机太阳能电池加工过程相对简单，可低温操作,器件制作成本也较低。除此之外，有机太阳能电池的潜在优势还包括：可实现大面积制造、可使用柔性衬底、环境友好、轻便易携等。因而有望在手表、便携式计算器、半透光式充电器、玩具、柔性可卷曲系统等体系中发挥供电作用。（3）有机太阳能电池产品是半透明的，便于装饰和应用，色彩可选。在有机太阳能电池的众多优点中，最具竞争力的优势就是生产成本低廉。随着新材料的不断开发和相关技术的发展，有机太阳能电池正愈来愈显示出诱人的市场前景。

目前有机太阳电池的转换效率较低且寿命短，尚未进入使用阶段，存在着载流子迁移率低、结构无序、高的体电阻以及电池的耐久性差等问题，造成有机太阳能电池性能低下的原因主要有：

（1） 由于有机材料分子间相互作用力很弱，大都为无定型，即使有结晶度，也是无定型与结晶形态的混合，光照射后生成的光生载流子主要在分子内的共轭价键上运动，电荷的

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传输是通过载流子在相邻的分子态之间进行跳跃实现的，导致了有机材料的载流子迁移率一般都很低，与无机材料相比要低若干个量级，这对有机半导体器件的效率有较大影响；

（2） 有机半导体材料吸收太阳光波段不宽，绝大部分材料最大吸收波段在350nm～650 nm[17]，而地球表面可吸收的太阳光的能量主要分布在600nm～800 nm，因此吸收光谱与太阳光光谱不匹配，导致光电转换效率低；如果通过增加激活层的厚度来提高光的吸收，但同时也会使器件的串联电阻增大，激子和载流子的迁移距离增加，短路电流减小，从而导致光电转换效率较低；

（3） 有机半导体在吸收太阳光后会产生束缚的空穴 - 电子对———“激子”，激子的分离与迁移并非全部有效，首先其扩散距离短，通常仅约为10 nm，其次激子分离后产生的电子和空穴在一般有机材料中的传输速率不高，传输的过程中往往会受到电子和空穴复合的影响，并且电子和空穴传输到电极表面进入电极时通常要克服一个势垒，这样激子在半导体薄膜的迁移过程中就不可避免的存在着激子复合的损失，一般仅离边界或结点最近的激子才会产生光伏电流，使得有机太阳能电池实际转化效率低下；

（4） 有机半导体材料在有氧和水存在的条件下往往是不稳定的[18]。有机太阳能电池面临的关键问题是低效率和短寿命，转换效率的提高、电极的改进、器件结构的改进、载流子传输层的加入、器件的后期处理、有效光子俘获机制以及新材料的开发等等问题尚需进一步研究，但是在世界各国研究人员的努力下，有机太阳能电池正在向能量转换效率的提升、组件寿命的延长及发展低成本制造技术的目标前进。

有机太阳能电池最近几年发展迅速，相关科学理论与制造工艺已取得了长足的进步，产业化的突破已现曙光。

2010 年8 月，剑桥大学Yana Vaynzof 等人在《应用物理快报》中报道：“用单层自组织分子膜来修改界面大约能提高电荷分解效率近100％[19]，这种分子修改可改变界面的能级排列。入射光在界面附近处被吸收后形成大量激子，这些正负电荷然后被相互驱离，很象两个球从山的两侧滚下相互越滚越远。”该项研究结果对有机太阳能电池产业有重大影响，它为该领域内具有良好光吸收和导电性的共轭聚合物但却电荷分解能力差这个很重要的问题提供了一个有效的解决办法。

2010 年10 月，美国罗格斯大学研究人员波德兹瑞福等在《自然·材料学》杂志发表论文指出，激子在超纯净的晶体有机半导体红荧烯中的扩散距离可达到2～8 微米，这是科学家首次观察到激子在有机半导体中可行进几微米[20]，是以前观测到的1 000多倍，与制备无机太阳能电池的硅、砷化镓等材料中万尼尔(Wannier)激子的距离相媲美。该项实验观

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测表明激子扩散的障碍不是有机半导体的固有障碍，该项新发现有望使有机太阳能电池的成本更低、光伏转换效率得到有效提高，取代硅基太阳能电池。无数科研工作者试图完善太阳能电池的设计，改善太阳能电池的性能，他们为制造出成本低、光电转换效率最高、寿命长的有机太阳能电池前赴后继，一般认为，7%的转换效率将是有机太阳能电池大规模商用的临界点[21]。与具有24%光电转换效率的传统太阳能电池相比，有机太阳能电池的优点在于造价低廉，1 W的制造费用低于传统光电池，这就是它所具有的竞争力。成本低、效率高、工艺简单的有机太阳能电池在将来的商业化普及是必然的，它将成为世界能源中重要的有生力量。

5 结语

总之, 有机太阳能电池的研究与应用均取得了很大进展, 这使人类对这种太阳能的利用向前跨进了一步, 为有机太阳能电池从实验室走向市场积累了经验。如果能在光电转换性能上取得进一步的突破, 将有可能在生产实践中得到广泛应用, 其市场前景将十分巨大。目前需要做的是从廉价易得的原料出发, 有针对性地设计合成一些化合物对光诱导电子转移过程和机制进行研究, 以指导材料的设计合成。同时还需要对现有的材料体系进行复合优化, 以取得最大效率。更加深入地研究有机太阳能电池能量损失机制, 创造出适合应用的价廉的新颖太阳能电池。 参考文献：

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