鉅大LARGE | 點擊量：574次 | 2021年08月29日
基于B2912A的有機太陽能電池探測方法
隨著能源和環境問題的日趨嚴重，各種清潔能源的開發使用日益得到重視，在這其中太陽能的利用是處理能源短缺和環境污染的最緊要的途徑之一，而太陽能電池則是太陽能利用的一個非常緊要的方面。當前使用和開發的太陽能電池組括晶硅(單晶硅、多晶硅、類單晶硅)太陽能電池、無機半導體薄膜(非晶硅、CdTe、GaAs、CuInSe2等)太陽能電池、有機染料敏化太陽能電池和有機太陽能電池等。目前市場上商品化的電池緊要是基于無機材料的太陽能電池，但均存在成本高、光伏材料制備和純化過程耗能高、電池制備過程復雜等問題。
有機太陽能電池是一種新型有機薄膜太陽能電池，可視為第三代電池，典型的有機太陽能電池由共軛聚合物或有機小分子給體和富勒烯衍生物受體組成的共混薄膜夾在透亮的ITO導電玻璃正極和金屬負極之間所組成。其結構見圖1、2。有機太陽能電池具備制備過程簡單、成本低、重量輕、可制備柔性器件等突出優勢。目前試驗室報道的小面積器件最高光電轉換效率已從1995年的不到1%提高到大于9%。日前國外已經有不少公司積極開展有機太陽能電池的產業化工作，業界報道的電池效率已經超過10%(日本三菱化學與美國加州理工大學合作開發)，已經開始產業化道路的Heliatek公司報道的電池效率也高達10.7%。
有機太陽能電池的工作原理和基于無機材料的太陽能電池類似，太陽光從透亮電極一側入射到活性層上，活性層光伏材料吸收光子出現激子(電子-空穴對);激子向給體/受體界面下擴散和遷移;擴散和遷移到界面處的激子在給/受體電子能級差的用途下發生電荷分離;在電池內部勢場的用途下，被分離的空穴沿著給體形成的通道傳輸到正極，而電子則沿著pCbM受體形成的通道傳輸到負極;空穴和電子分別被正極和負極收集形成光電池和光電壓，從而出現光伏效應。
考察有機太陽能電池性能的最緊要參數包括：光電轉換效率(photovoltaicConvertEfficiency，pCE)、開路電壓(OpenCircuitVoltage，Voc)，短路電流(ShortCircuitCurrent,Jsc)，填充因子(FillFactor，FF)。其中電池的轉換效率計算公式為：
作為替代能源，考察太陽能電池的最緊要數據是其對能量的利用效率，即太陽能電池對入射的太陽光的轉換效率。試驗室制備的有機太陽能電池絕在部分是金屬柵線電極(小面積的電池電極常為六指結構)。因有機太陽能電池與傳統的基于無機材料的電池相比，目前的各方面參數都有所不如，故其對探測的精確度要求更高。當然，其他諸如簡單、快速的探測也是必需的。精確的測量數據除了可以得到準確的轉換效率外，還可以得到Vmax、Jmax、pmax以及Rsh、Rs等數值，這些相關參數可以準確的考察電池的各方面性能，并為下一步的電池性能改進供應試驗上的根據。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
試驗室對有機太陽能電池性能探測源表選用的是安捷倫b2912A，采用USb接口。其最小至10fA/100nV的最小測量辨別率能夠很好的滿足有機太陽能電池小電流的探測，尤其是在暗電流的探測方面。
圖4為有機太陽能電池在采用b2912A探測的連接圖探測電腦與源表以USb線相連，可以很好的滿足數據傳輸的要求，探測電池與源表之間以屏蔽線筆直硬連，可隔絕試驗室其他儀器對探測信號的干擾。
圖5為基于p3HT和pCbM為給、受體的有機太陽能電池以b2912A探測得到的在一個標準太陽下和無光照條件下的I-V曲線圖。可以看到，源表可以滿足探測數據高精度的要，同時可以通過設置不同的延遲時間以滿足有機太陽能電池探測信號反饋較慢的要求。
圖5：基于p3HT和pCbM的有機太陽能電池以b2912A探測得到的在1000W/m2光照強度下的I-V曲和無光照條件下的I-V曲線。
在有機太陽能電池科研過程中，要對大量的電池片進行IV探測。相比傳統的IV探測系統，b2912A精密測量單元集成的IV探測系統具有系統結構簡單，操作方便，精度高，可靠性強，測量迅速等優點，大大降低了太陽能電池IV性能測量的操作成本，時間成本，同時新增了IV測量的靈活性。b2912A還可以對有機LED,有機MOSFET器件進行電學IV特性方面的探測，可以說節省了試驗室長期的設備投資。
從長期看來，太陽能的利用必然是處理能源和環境問題的一個非常緊要的辦法。另一方面，隨著新技術的不斷發展，太陽能電池的使用也必然越來越廣泛，在這其中，有機太陽能電池因其神奇的優勢，也必將扮演相當緊要的角色。近年來，隨著大批科研人員和相當的公司開始研究開發有機太陽能電池，其發展速度相當迅速，電池效率也有著顯著提升。這也對有機太陽能電池探測提出了新的要求，當然也帶來了新的機遇。
以我們試驗室為例，安捷倫b2912A能夠很好的滿足有機太陽能電池各方面性能探測的要求。
