有机薄膜太阳能电池国内外研究现状与发展趋势的介绍

　　能源问题是 21 世纪人类社会可持续发展所面临的重大挑战之一。目前，全球总能耗的 74%来自煤、石油、天然气等化石能源。据 2004 年发表的欧盟光伏研发路线图指出，2000 年常规能源和核能在能源结构中的比例大约为 80%，可再生能源的比例为 20%。在可再生能源中主要是生物质能，太阳能微不足道。但是，2050 年常规能源和核能的比例下降到 47%，可再生能源上升到 53%。在可再生能源中，太阳能占据首位，占总能源的 29%，特别值得指出的是太阳能发电将占总能源的 25%。到 2100 年，可再生能源例进一步扩大到 86%，太阳能和太阳能发占总能源的 67%和 64%。由此可见，本世纪内太阳能和太阳能发电在能源结构中的地位将发生巨大的变化。我国近年来在可再生能源方面加大了投入，实施了多项促进光伏产业发展的计划，如 2003 年国家投入 20 亿元实施的西部光明工程。2005 年人大通过了，《新能源法》，以法律的形式推动我国的新能源建设。 2 国内外研究现状及发展趋势目前研究和应用最广泛的太阳电池主要是单晶硅、多晶硅和非晶硅系列电池，但由于其生产工艺复杂、成本高、难设计、不透明以及基本达到其转换效率极限等问题，使其大面积实用化受到很大的限制。要使太阳能发电得到大规模推广，就必须降低太阳能电池材料的成本，或找到更廉价的太阳能电池材料。而有机聚合物太阳能电池以其低成本、轻重量、分子上的可设计性、生产工艺简单、可实现大面积柔性太阳能电池等优点，日益被人们所重视。尽管目前有机聚合物太阳能电池光电转换效率低，大约为 1%～5%，还不能与无机半导体太阳能电池相抗衡，但它可作为用于高日照、尚不具备开发价值地区（如沙漠）等的低值光电转换设备而投入实际应用。为此，各国研究人员都在不断进行有机聚合物太阳能电池的研究，期望能得到新的多功能和高效率的太阳能电池。无论从材料角度还是器件角度讲，化学家、物理学家和材料学家都对有机聚合物太阳能电池进行了较深入的研究，在获得大量可喜成果的同时，也面临着新的挑战，如提高有机聚合物太阳能电池的光电转换效率等。根据 Goetzberger 等推测，有机聚合物太阳能电池的光电转换效率在未来十几年中有望突破 10%，如能达到这一转换效率，用有机聚合物材料制作的太阳能电池将具有巨大的市场。与无机硅太阳能电池相比，在转换效率、光谱响应范围、电池的稳定性方面，有机太阳能电池还有待提高。各种研究表明，决定光电效率基本损失机制的主要有：（1）半导体表面和前电极的光反射；（2）禁带越宽，没有吸收的光传播越大；（3）由高能光子在导带和价带中产生的电子和空穴的能量驱散；（4）光电子和光空穴在光电池光照面和体内的复合；（5）有机染料的高电阻和低的载流子迁移率。