太陽(yáng)能聚合物電池的性能參數(shù)

太陽(yáng)能聚合物電池的等效電路圖以及電流-電壓特性曲線如圖所示：

 有機(jī)太陽(yáng)能光聚合物電池的等效電路圖

 電流一電壓特性曲線圖

 對(duì)于有機(jī)太陽(yáng)能聚合物電池，主要評(píng)價(jià)參數(shù)有以下幾點(diǎn)： (1)開(kāi)路電壓(Voc)：是指太陽(yáng)能聚合物電池在開(kāi)路情況下，電流為零時(shí)的端電壓，同時(shí)也是太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的最大電壓，通常單位為V。太陽(yáng)能聚合物電池的開(kāi)路電壓與光照強(qiáng)度、溫度以及受體材料有關(guān)，主要取決于給體的HOMO能和受體的LUMO能之間的能級(jí)差：

HOMO能和受體的LUMO能之間的能級(jí)差

(2)短路電流(Jsc)：短路電流是在電壓和電阻都為零時(shí)通過(guò)的電流，即器件在沒(méi)有外電場(chǎng)偏置情況下的電流，是在太陽(yáng)能電池最大的輸出電流，單位為mA.cm。 短路電流的大小的影響因素主要有：活性層對(duì)太陽(yáng)光的吸收、電荷分離的量子效率、載流子在材料中的傳輸以及傳輸過(guò)程中的損耗等。

 (3)填充因子(FF)：定義為太陽(yáng)能聚合物電池的最大功率與開(kāi)路電壓和短路電流的乘積之比，它說(shuō)明了太陽(yáng)能聚合物電池能夠?qū)ν馓峁┑淖畲筝敵龉β实哪芰Γ涠x式為：

公式中，Vmax是指最大輸出電壓;Imax是指最大輸出電流;Pmax是指最大輸出功率。從伏安特性曲線我們可以看出，F(xiàn)F就是圖中兩個(gè)矩形的面積之比，無(wú)量綱，并且理想的太陽(yáng)能電池的FF為1。填充因子大小的影響因素主要有：復(fù)合膜和電極間的接觸電阻、復(fù)合膜中載流子遷移率，復(fù)合膜的厚度以及器件中的缺陷等!

 (4)能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)：在太陽(yáng)能聚合物電池中，能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)是其最重要的參數(shù)之一，它定義為最大輸出功率與入射的光照強(qiáng)度Pin之比，即：

由上式可知，太陽(yáng)能聚合物電池的能量轉(zhuǎn)換效率與開(kāi)路電壓、短路電流、填充因子以及光照強(qiáng)度密切相關(guān)。 (5)外量子效率(IPCE)：外量子效率是外電路中產(chǎn)生的電子數(shù)與總的入射光子數(shù)的比值。其定義式為：

式中，Pin為入射光功率，入為入射單色光的波長(zhǎng)。 從以上所述的公式可以發(fā)現(xiàn)，開(kāi)路電壓、短路電流、填充因子等因素是影響聚合物太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)化效率的關(guān)鍵因素。提高太陽(yáng)能電池伏安特性的方法有提高開(kāi)路電壓、短路電流和填充因子，并且使之趨向于理想太陽(yáng)能聚合物電池的伏安特性。短路電流與所吸收光的強(qiáng)度(單位面積和單位時(shí)間內(nèi)吸收的光子數(shù))成正比，表面上看貌似提高有機(jī)物的厚度就能大大提高對(duì)光的吸收強(qiáng)度，但是激子的擴(kuò)散距離或者是載流子的復(fù)合長(zhǎng)度必須大于有機(jī)物的厚度，這是因?yàn)榘雽?dǎo)性聚合物材料的激子和電荷載流子的遷移率相對(duì)較低[]。這一瓶頸使得器件的最大優(yōu)化厚度為100-200nm，該厚度與光吸收深度相當(dāng)(100nm)。另外，太陽(yáng)能聚合物電池的光譜響應(yīng)并不能對(duì)太陽(yáng)能光譜所涉及范圍作出很好的回應(yīng)，其光譜的響應(yīng)的范圍較窄，只有最大吸收峰位置的波長(zhǎng)，才能產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的響應(yīng)，其他吸收峰的波長(zhǎng)的響應(yīng)較弱，所以普通白光下的能量轉(zhuǎn)化效率與吸收峰處的單色光的能量轉(zhuǎn)化效率相比較，會(huì)弱很多。此外，制備器件之后，又使得在光能轉(zhuǎn)換電能這一傳輸?shù)缆飞隙嗔撕芏喹h(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都有不同程度的光電轉(zhuǎn)換損耗。這一系列的環(huán)節(jié)都會(huì)造成光電效率的降低。