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Die Entwicklungsgeschichte organischer Solarzellen

Nov 15, 2021

1958 brachten Kearns und Calvin von der University of California in Berkeley Magnesiumphthalocyanin zwischen zwei Elektroden mit unterschiedlicher Austrittsarbeit ein und stellten eine Leerlaufspannung von 200 mV fest; zeigten den photovoltaischen Effekt und stellten erfolgreich die erste organische Solarzelle (Organic Solar Cells, kurz OSCs) her, der Wirkungsgrad der Energieumwandlung (Power Conversion Efficiency, kurz PCE) ist jedoch sehr gering. Wissenschaftler haben auch verschiedene organische Halbleitermaterialien ausprobiert, aber der erhaltene PCE ist sehr gering. Bis 1986 stellte Dr. Qingyun Deng von der Kodak Company auf kreative Weise organische Doppelschicht-Heterojunction-Solarzellen her, wobei ein Derivat von Tetracarboxyperylen (PV) als Akzeptor und Kupferphthalocyanin (CuPc) als Donor verwendet wurde, um die doppelschichtige aktive Schicht, seine PEC ., herzustellen> 1 %. Die Einführung der Heterojunction ist wie die Injektion von frischem Blut in organische Solarzellen und eröffnet ihr neue Forschungsrichtungen. Organische Solarzellen haben sich nach und nach zu einem Forschungs-Hotspot für Wissenschaftler entwickelt.

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1992 haben Sariciflci et al. fanden heraus, dass Exzitonen eine schnelle Ladungstrennung an der Grenzfläche zwischen organischen Halbleitermaterialien und Fullerenen erreichen können und die in Exzitonen getrennten Elektronen und Löcher nicht an der Grenzfläche rekombinieren, was der Ladungssammlung förderlicher ist. Im folgenden Jahr verwendeten sie Fulleren als Akzeptormaterial in der aktiven Schicht zum ersten Mal in organischen Solarzellenvorrichtungen und erzielten eine bessere Energieumwandlungseffizienz für photovoltaische Vorrichtungen. Fullerene sind seit langem das wichtigste Akzeptormaterial für organische Solarzellen. 1995 wurde der Nobelpreisträger Heeger et al. schlug zuerst eine organische Solarzelle mit Bulk-Heterojunction-Struktur (Bulk Heterojunction Structure) vor, bei der Fulleren-Derivate (PCBM) und Polyphenylen-Acetylen (MEH-PPV)-Lösungen kreativ gemischt wurden, und ein Schleuderbeschichtungsverfahren, um eine organische Solarzellen-Aktivschicht mit einem dreidimensionalen die wechselseitige Übertragungsnetzstruktur beträgt die PCE bis zu 2,9%, seitdem haben sich Bulk-Heterojunction-organische Solarzellen zum Mainstream entwickelt und sind in eine Phase der schnellen Entwicklung eingetreten.

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2003 haben Sariciflci et al. verwendeten Poly-3-hexylthiophen (P3HT) als Donor und ein Fulleren-Derivat (PC61BM) als Akzeptor, um organische Bulk-Heterojunction-Solarzellen herzustellen, wobei der PCE 3,5% erreichte. Mit der kontinuierlichen Verbesserung und Verbesserung der Verarbeitungstechnologie hat der PCE von organischen Solarzellen auf Basis von Fulleren-Derivaten als Akzeptormaterialien 10 % überschritten. Gleichzeitig wurden kontinuierlich organische Halbleiter mit hervorragender Leistung für Akzeptoren entwickelt und PCE kontinuierlich verbessert. Akademiker Li Yongfang vom Institut für Chemie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Akademiker Cao Yong von der South China University of Technology, Forscher Hou Jianhui vom Institut für Chemie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Professor Zhan Xiaowei von der Peking University, Professor Chen Yongsheng von der Nankai University, Professor Yan He von der Hong Kong University of Science and Technology, Professor Zou Yingping von der Central South University usw. Mit den unermüdlichen Bemühungen des wissenschaftlichen Forschungsteams und herausragender wissenschaftlicher Forschungsarbeit hat der PCE von organischen Solarzellen erreicht 18% und macht große Fortschritte.

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