有机太阳能电池研究进展(1)
有机太阳能电池实验报告
有机太阳能电池实验报告实验项目名称P3HT-PC61BM 体异质结聚合物太阳能电池器件制作与性能测试实验日期指导老师实验者学号专业班级第一部分:实验预习报告一、实验目的通过在实验室现场制作P3HT-PC61BM 聚合物体异质结太阳能电池器件以及开展电池性能测试,了解有机太阳能电池的制作工艺与流程,熟悉相关的加工处理与分析测试设备工作原理与使用方法,加深对有机太阳能电池的感性认识,提高学生的实际操作能力,培养学生对科学研究的兴趣。
二、实验仪器电子分析天平、加热磁力搅拌器、超声仪、紫外臭氧清洗系统、旋涂仪、惰性气体操作系统、真空蒸镀系统、太阳光模拟器、数字源表、台阶仪三、实验要求1、严格按照实验室要求与规范开展实验,未经允许不得随意触摸或按动设备开关或按钮以及设备控制系统。
2、实验期间保持室内安静,保持实验室内清洁卫生。
3、熟悉有机太阳能电池加工与测试相关设备、原理与方法。
四、实验内容与实验步骤1.聚合物体异质结加工溶液的配制(活性层P3HT:PCBM 溶液的配制)在手套箱外称取所需的P3HT 5、6mg 与PCBM 5、6mg,混合好装入带有磁子的5mL 瓶子中,转移到手套箱中;用一次性注射器吸取0、33mL oDCB(邻二氯苯)溶剂,配成17mg mL-1的溶液,放到加热台(加热台需要 5 分钟的稳定时间)上,设置温度为85℃,搅拌1h 后,冷却至室温待用。
2.导电玻璃表面清洁与处理。
A.首先确认ITO 面,用万用电表(打到Ω档)测试其表面电阻,有电阻的一面为ITO,在其反面的边缘处刻‘上’字(见下图)。
将ITO 依次放到去离子水、丙酮与异丙醇中超声清洗10 分钟。
每次超声完毕,用镊子取出ITO,用同样的溶剂反复冲洗两面三次,之后用氮气枪迅速吹干,立刻放到盛有下一种溶剂的容器中清洗。
最后将用氮气枪吹干的ITO 转移到六孔板中转移至紫外/臭氧清洗机(操作详见其说明)中,将ITO面朝上,表面清洁处理10 分钟后,将ITO 取出并置于六孔板中待旋涂PEDOT:PSS(ITO 面朝下)。
有机光电转换材料的研究
有机光电转换材料的研究随着技术的不断发展，有机光电转换材料的研究也越来越成熟。
有机光电转换材料被广泛应用于太阳能电池、有机发光二极管、柔性电子学等领域。
本文将简单介绍有机光电转换材料的研究现状和未来发展趋势。
一、有机光电转换材料的分类有机光电转换材料主要可分为有机太阳能电池材料和有机发光二极管材料。
下面就分别介绍。
1、有机太阳能电池材料有机太阳能电池材料主要是通过吸收太阳光转化为电能的材料。
它们通常由一个聚合物或小分子和一个电子受体组成。
在光照下，电子受体会吸收能量，并将其释放给材料的导电性区域。
这会形成一个电荷分离，产生自由电子和空穴。
有机太阳能电池材料分为以下几类：a) 有机共轭聚合物具有良好的分子结构和电子迁移性，适用于大面积的生产。
b) 有机小分子通常是两个或三个具有明确化学结构的有机分子。
c) 钴富勒烯类结构为富勒烯的硫属，可用于制备各种类型的太阳能电池。
2、有机发光二极管材料有机发光二极管材料主要是通过吸收外界能量转化为可见光的材料。
其中，电不均相自旋极化超过50%的有机材料也称为有机自旋极化发光材料。
下面主要介绍有机自旋极化发光材料。
有机自旋极化发光材料分为以下几类：a) 有机小分子材料具有良好的发光性质、较高的效率和较长的寿命。
b) 共价有机小分子/聚合物复合材料具有更好的发光和电学性质。
c) 阴离子分子半导体是一种具有非常强的电子亲和性和良好的电学性质的材料。
二、有机光电转换材料的研究现状在过去的几十年里，人们对有机光电转换材料的研究一直在不断深入。
其中，太阳能电池和有机发光二极管的研究得到了较为突出的进展。
1、有机太阳能电池的研究进展有机太阳能电池的能量转换效率是一个重要的指标。
自20世纪90年代以来，人们已经开始研究采用不同的有机共轭聚合物、有机小分子、钴富勒烯类等材料制备有机太阳能电池。
通过不断地改进和优化材料的分子结构、电荷传输特性、制备工艺等方面，有机太阳能电池的能量转换效率得到了大幅提升。
太阳能电池的研究进展
要地位 。
太阳能 电池 发电是根据 爱因斯坦 的光 电 效应 ；值得 注意的是光 电效应 于射线 的强度 大小无关 ，只有 频率达 到或超 越可产生光 电 效应 的阈值 时， 电流才 能产 生 。能够使半 导 体产生光 电效应 的光 的最大波 长同该半导体 的禁带宽度相 关，譬如 晶体硅 的禁带 宽度在 室 温 下约 为 １ ． １ ５ ５ ｅ Ｖ，因 此必 须 波 长 小 于 １ １ ０ ０ ｎ ｍ 的光 线才可 以使 晶体 硅产 生光 电效 应 。太 阳电池是一种可 以将太 阳能转换 的光 电元件，其基本构造是运用 Ｐ型 与 Ｎ 型半导 体接合而成的。 半 导体最基本的材料是 “ 硅” ， 它是不导 电的，但如果在半 导体中掺入不 同 的杂质，就可以做成 Ｐ型与 Ｎ 型半导体，再 利用 Ｐ型半导体有个电子空穴与 Ｎ 型半导体 多 了一个 自由 电子的 电位差 来产生 电流 ，所 以当太 阳光照射时 ，光 能将 硅原子 中的电子 激发 出来 ，而产生 电子和 空穴 的对流 ，这 些 电子和空 穴均会受到 内建 电位的影响 ，分 别 被 Ｎ型及 Ｐ型半导体吸引 ，而聚集在两端。 此 时外 部如果用 电极连 接起 来 ，形成 一个 回 路 ，这就是太阳电池发 电的原理 。
的光致衰退 ｓ ． Ｗ 憨应 ， 使得电池性能不稳定 。 ３ 、有机 化合物太 阳能电池
有机 太阳能 电池 利用的也是光 伏效应 。 有机太阳 能电池 在太阳光 的照射 下有机材料 吸收光子 ，如果 该光 子的能量大 于有机 材料 的禁带宽度 Ｅ 譬就会使得产生激 子。如图三就
有机太阳能电池的研究进展
有机太阳能电池的研究进展太阳能作为一种可再生的清洁能源，一直被广泛研究与应用。
传统的硅基太阳能电池在效率和成本等方面存在着一些限制，而有机太阳能电池作为一种新兴的太阳能转换技术，正逐渐引起人们的关注和研究。
有机太阳能电池采用有机材料作为光吸收层和电子传输层，能够将太阳光转化为电能，并具有低成本、柔性和可打印性等优势。
近年来，各国科学家们在有机太阳能电池领域取得了一系列突破性的研究进展。
首先，有机太阳能电池的效率不断提高。
2019年，美国国家可再生能源实验室（NREL）与华盛顿大学合作，在全新的有机太阳能电池体系中实现了高达17.3%的电能转换效率。
与此同时，许多新型的有机材料也不断被发现，如聚合物、小分子有机化合物和混合有机物等，这些新材料更具有光电转换效率高和稳定性好的特点，为有机太阳能电池的进一步提升提供了新的可能。
其次，有机太阳能电池的稳定性得到了显著改善。
有机材料本身的稳定性相对较差，容易受到氧化、光照和湿度等环境因素的影响。
为了提高有机太阳能电池的稳定性，科学家们进行了大量的研究工作。
他们通过改良有机材料的结构、加入稳定剂和光稳定剂等方法，使得有机太阳能电池的使用寿命得到了显著延长。
例如，研究人员在电池的前后电极之间加入了抗氧化剂，有效减少了电池的降解速度，使其在长时间使用中仍然能够保持较高的转换效率。
第三，有机太阳能电池的成本不断下降。
相比于传统的硅基太阳能电池，有机太阳能电池在生产工艺上更加简单，且使用的材料成本更低。
此外，由于有机太阳能电池具有柔性和可打印性的特点，可以在柔性基底上制备，因此降低了制造成本。
近年来，有机太阳能电池的制造工艺也取得了一系列的改进，如一步法浸渍法和喷墨打印法等，这些新的制备工艺使得有机太阳能电池的制造成本进一步降低。
最后，有机太阳能电池在应用领域也获得了广泛的关注。
由于其可弯曲性和可透明性，有机太阳能电池可以应用于建筑物的外墙、车辆的外壳和电子产品的外壳等领域，实现能源的自给自足。
有机太阳能电池材料研究进展
Ｓ ｕ ｏ ｒ ｓ ｆＯ ｒ ａ ｉ ｌ ｒ ＣｅｌＭ ａ ｅ ｉｌ ｔ ｄｙ Ｐｒ ｇ ｅ ｓ ｏ ｇ ｎ ｃ Ｓｏａ ｌ ｔ ｒａｓ
要 存 在 载 流 子 迁 移 率 较 低 和 器 件 稳 定 性 差 等 问 题 。鉴 于 此 ， 科 研工作者正在通 过建设 理论 模型 、 计新材 料 和优化 器件 等手 设 段 弥 补 Ｏ Ｃ 的 不 足 ｊ Ｓｓ 。
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第４ ０卷第 ７期
２１ ０ ２年 ４月
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Ｖｏ ． １４０ Ｎｏ． ７
Ｇｕａ ｇ ｈｏ ｅ ｃ ｌＩ ｄｕ ｔｙ ｎ ｚ ｕ Ｃｈ ｍｉａ ｎ ｓｒ
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有 机 太 阳 能 电池 材 料 研 究 进 展
蔡东东 ，朱德钦
（ 建 师范 大 学化 学与材料 学院 ，福 建 福 福州 ３００ ） ５０ ７
摘 要 ： 对有机太阳能电池（ ｒ ｎ ｏ ｒ ｅｓ Ｏ Ｃ ） Ｏｇ ｉＳｌ ｌ， Ｓ ｓ的研究背景、 ａ ｃ ａＣ ｌ 基本结构与原理进行了简单介绍。主要针对具有代表性的
Ｏ Ｃ 材料做 了系统综述 ， Ｓｓ 并对该领域 的发展进行 了展望。
关键 词 ： 有机太阳能电池； 本体异质结 ； 能量转换效率
于太 阳能电池直 接吸收光将太 阳能转换成 电能 ， 环境 污染小 ， 对 备受人们 的青 睐 Ｊ 。美 国贝尔实 验室于 １５ ９ ４年制 造了世界上
首个硅基无机太 阳能电池 ， 为能源的清 洁利用开创 了新篇 章 。 然而 ， 机太阳能 电池存在成本 高 、 无 能耗 大 、 加工难 等 问题 ， 一定 程度上 限制 了其 大规 模应 用 。近 十年来 ， 机半 导体 材 料作 为 有 类极具前 景的光伏 材料 ， 引起 了研究 人员 的高 度重 视 。一 方 面 ， 机半 导体材料成本较低 、 有 结构 和功能易 于调控 ； 另一 方 面，
有机太阳能电池
有机太阳能电池摘要有机太阳能电池因具有成本低、质轻、柔韧性好、可大面积印刷制备的优点而受到广泛关注，对电池原理，结构，材料的研究对提高有机太阳能电池的性能有重大意义。
本文主要综述了有机太阳能电池的工作原理，电池结构以及电极材料。
并对有机太阳能电池的应用前景做了展望。
关键词原理；结构；材料；应用前景1.有机太阳能电池简介有机太阳能电池，顾名思义，就是由有机材料构成核心部分的太阳能电池。
主要是以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料，以光伏效应而产生电压形成电流, 实现太阳能发电的效果.由于无机硅太阳能电池的材料生产成本高，污染大、能耗高，寻找新型太阳能电池材料和低成本制造技术便成为人们研究太阳能电池技术的目标。
有机太阳能材料和电池制备技术有望成为低成本制造的选择之一。
世界上第一个有机光电转化器件是由Kearns和Calvin在1958年制备的，其主要材料为镁酞菁（MgPc）染料，染料层夹在两个功函数不同的电极之间。
1986年，行业内出现了一个里程碑式的突破——有机半导体的发明。
器件的核心结构是由四羧基苝的一种衍生物（PV）和铜酞菁（CuPc）组成的双层膜。
双层膜的本质是一个异质结，其思路是用两种有机半导体材料来模仿无机异质结太阳能电池。
1992年，土耳其人Sariciftci在美国发现，激发态的电子能极快地从有机半导体分子注入到C60分子中，而反向的过程却要慢得多。
1993年，Sariciftci 在此发现的基础上制成PPV/C60双层膜异质结太阳能电池。
随后，研究人员在此类太阳能电池的基础上又提出了一个重要的概念：混合异质结（体异质结）。
而所谓“混合异质结”，就是将给体材料和受体材料混合起来，通过共蒸或者旋涂的方法制成一种混合薄膜。
给体和受体在混合膜里形成一个个单一组成的区域，在任何位置产生的激子，都可以通过很短的路径到达给体与受体的界面（即结面），从而电荷分离的效率得到了提高。
2.有机太阳能电池工作原理2.1激子概念在有机半导体材料中，分子之间只有很弱的范德华作用力，不能形成连续的能带，电子被光激发后只能停留在原分子轨道内，不能转移到其他分子上。
有机太阳能电池研究现状与进展
０ 引 言
目前，新能源主要有太阳能、风 能、核 能 和 水 能 等，其 中， 太阳能是一种取 之 不 尽、用 之 不 竭 的 无 污 染 能 源，它 的 开 发 利用受到了特别的关注。目前用得最多的太阳能电池是硅 电池，它是依靠光物理效应的原理 发电。但 硅 电 池 对 材 料 的 纯度要求十分苛刻，加工工艺复杂，成本也 较 高，限 制 了 其 大 规模 应 用。１９９１ 年，Ｇｒｔｚｅｌ等［１］用 宽 带 隙 氧 化 物 半 导 体 ＴｉＯ２ 制备了具有高比表面积的纳米多孔薄膜，薄膜上吸附大 量光敏染料后，选 用Ｉ－／Ｉ３－ 作 氧 化 还 原 电 解 质，组 装 成 了 染 料敏化太阳能电池 （ＤＳＳＣ）。 其 生 产 工 艺 简 单，无 需 昂 贵 的 大型设备，所需的前期投 资 较 少，成 本 只 有 硅 电 池 的 １／１０～ １／５。ＤＳＳＣ 与硅电池的原理不同，它是通过光化学过程 实现 光电转化［２］，其最大的特点是光 吸 收 和 电 荷 分 离 传 输 分 别 由 不同的物质进行［３］：光吸收靠吸 附 在 纳 米 半 导 体 表 面 的 染 料 来完成，半导体起 电 荷 分 离 和 传 输 载 体 的 作 用。ＤＳＳＣ 的 最 大优势是电荷传输靠多数载流 子来实 现电荷 传 导，不 存 在 传 统 ｐ－ｎ结太阳能 电 池 中 少 数 载 流 子 和 电 荷 传 输 材 料 表 面 复 合等问题。另 外，ＤＳＳＣ 对 光 照 条 件 的 要 求 不 高，即 使 在 室 内，仍可进行光电 转 换，它 也 可 以 直 接 作 为 窗 户 玻 璃 或 者 以
有机异质结太阳能电池研究进展
有机异质结太阳能电池研究进展有机异质结太阳能电池是一种新型的光电转换器件，由有机半导体材料和无机半导体材料组成。
它具有制备简单、成本低廉、可柔性化和透明化等特点，被广泛认为是未来太阳能电池的发展方向之一、本文将介绍有机异质结太阳能电池的研究进展，包括结构设计、材料选择与优化、性能提升策略以及应用前景等方面。
一、有机异质结太阳能电池的结构设计有机异质结太阳能电池的结构一般由透明导电玻璃基底、有机电子传输层、有机光吸收层、无机电子传输层和金属电极等组成。
其中，有机光吸收层是整个器件的关键部分，它能够吸收光能，并将其转化为电能。
对于结构设计，需要在光吸收层和电子传输层之间形成一个能够有效分离电子和空穴的界面，从而提高光电转换效率。
二、有机异质结太阳能电池的材料选择与优化有机光吸收材料是有机异质结太阳能电池的关键材料之一，其光吸收性能、电子传输性能和稳定性等特性直接影响器件的光电转换效率。
研究人员通过合理选择有机材料，如聚合物、过渡金属配合物和有机-无机杂化材料等，来改善器件的性能。
此外，还可以通过调控材料的分子结构、掺杂和界面改性等手段，进一步提升器件的性能。
三、有机异质结太阳能电池的性能提升策略为了提高有机异质结太阳能电池的光电转换效率，研究人员采取了多种策略。
例如，引入介质层或增加界面的修饰层，可以改善电子传输和光吸收的效果。
同时，采用光谱调控、界面优化和器件结构优化等技术，也能够提高器件的光电转换效率。
此外，还可以通过多接合异质结或向复合材料发展等方法，提高器件的稳定性和可靠性。
四、有机异质结太阳能电池的应用前景综上所述，有机异质结太阳能电池是一种具有广泛应用前景的光电转换器件。
通过不断优化材料选择、结构设计和性能提升策略，有机异质结太阳能电池的光电转换效率和稳定性将得到进一步提高。
预计在未来几年，有机异质结太阳能电池将成为太阳能领域的重要研究方向之一。
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专题介绍有机太阳能电池研究进展X林 鹏,张志峰,熊德平,张梦欣,王 丽(北京交通大学光电子技术研究所,信息存储、显示与材料开放实验室,北京,100044)摘 要:有机太阳能电池与无机太阳能电池相比,还存在许多关键性问题。
为了改善有机太阳能电池的性能,各种研究工作正在进行,这些研究主要是为了寻找新的材料,优化器件结构。
对电池原理、部分表征方法、效率损失机制、典型器件结构、最近的发展、以及未来的发展趋势作了简要描述。
关键词:有机太阳能电池;器件结构;给体;受体;转换效率中图分类号:T N 383 文献标识码:A 文章编号:1005-488X(2004)01-0055-06Progres s in Study of Organic Sola r Ce llLIN Peng ,ZHANG Zhi -feng ,XIONG De -ping ,ZHANG Meng -xin ,WANG Li(I nstitute of O p toelectronics T echnology ,Beij ing J iaotong University ,Beijing ,100044,China )Abstr act :Compaer ed with inorganic solar cells ,organic solar cells still have many critical pr oblems.In order to improve the properties of organic solar cells,a lot of different studies have been carried on.T he main purposes of these studies are to seek new mater ials and new device structure.A brief review of the theory of photovoltaic cells,along with some aspects of their characterization ,the basic efficiency loss mechanism ,typical device structures ,and the trends in research will be presented.Key wor ds :organic photovoltaic cell;device structure;donor;acceptor ;conversion effi-ciency前 言进入21世纪以来,由于煤、石油、天然气等自然资源有限,已经不能满足人类发展的需要。
环境污染也已经成为亟待解决的严重问题。
同使用矿物燃料发电相比,太阳能发电有着不可比拟的优点。
太阳能取之不尽,太阳几分钟射向地球的能量相当于人类一年所耗用的能量。
太阳能的利用已经开始逐年增长。
但目前使用的硅等太阳能电池材料,因成本太高,只能在一些特殊的场合如卫星供电、边远地区通信塔等使用。
目前太阳能发电量只相当于全球总发电量的0.04%。
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,或第24卷第1期2004年3月 光 电 子 技 术OPT OELECT RONIC T ECHNOLOGY Vol.24No.1Mar.2004X收稿日期:2003-11-17作者简介:林 鹏(1978-),男,硕士生。
主要从事光电子技术研究。
张志峰(1977-),男,硕士生。
主要从事有机电致发光(OLED)的研究工作。
熊德平(1975-),男,硕士生。
主要从事无机半导体材料方面的研究工作。
找到更廉价的太阳能电池材料。
有机小分子及聚合物材料(即塑料)是人们正在考虑的一类替代材料。
目前用有机材料制备太阳能电池是国际范围内的研究热点之一。
黑格等人因发明导电塑料而获2000年诺贝尔化学奖。
改善太阳能电池的性能,降低制造成本以及减少大规模生产对环境造成的影响是未来太阳能电池发展的主要方向。
有机太阳能电池制备工艺简单,可采用真空蒸镀或涂敷的办法制备成膜。
并且可以制备在可卷曲折叠的衬底上形成柔性的太阳能电池,如图1所示[1]。
用有机材料制备太阳能电池与硅太阳能电池相比具有制造面积大、廉价、简易、柔性等优点。
目前有机太阳能电池在特定条件下光电转换率已达9.5%[2]。
人们预期,未来5～10年,第一代有机太阳能电池可进入市场。
图1 塑料有机太阳能电池F ig.1 A fully flexible large-ar ea plastic solar cell1 原理和参数有机太阳能电池利用的也是光伏效应[3]。
有机太阳能电池在太阳光的照射下有机材料吸收光子,如果该光子的能量大于有机材料的禁带宽度E g ,就会使得产生激子。
图2就是给体-受体(Donor -Acceptor )结构。
受激发的电子给体吸收光子,其HOMO 轨道上的一个电子跃迁到LUMO,通常由于给体LU MO 的电离势比受体LUMO 的电离势低,电子就由给体转移到受体,完成了电子的转移。
激子分离后产生的电子和空穴向相反的方向运动,被收集在相应的电极上,就形成了光电压。
描述有机太阳能电池性能的主要参数有:1.短路电流I sc ,开路电压V oc 。
这两个参数都是在已知功率(W )和能量的光照下测量的。
图2 有机太阳能原理图F ig.2 The principal diagr am of organic solar cells 2.用来表示由于器件的电阻而导致的损失的参数FILL 因子(F F )FF =(I V )max I sc V oc 3.表示电池主要性能的参数能量转换效率(G P )G P =P o u t P in =(I V )maxLAG P =F FI sc V o cLA 4.外量子效率(EQE)EQE =外部电路电子数入射光子数 通过测量电流-电压曲线(I -V )(如图3)和电流-光谱响应曲线来描述电池的性能。
图3 电压-电流曲线(I -V )Fig.3 T he curve of t he voltage-curr ent2 材料特性目前常用的有机材料主要是小分子材料和高分子聚合物材料。
有机小分子光电转换材料具有低成本可以加56光 电 子 技 术第24卷工成大面积的优点以及有机小分子的合成、表征相对简单,化学结构容易修饰,可以根据需要增减功能基团,而且可以通过各种不同方式互相组合,以达到不同的使用目的。
利用有机小分子材料可以恰当地模拟生物体内功能分子的作用,给光电转换机理研究和结构与性能的关系研究带来了许多方便之处。
CuPC 、Alq 3就是一种常用的小分子材料(见图4)。
高分子材料是目前正在迅速崛起的一种新的光电转换材料,常用的如MEH-PPV (见图4)。
它的优点在于成本低、制作方便、易于推广普及。
从发展趋势上来看,此类材料有望成为新一代的太阳能电池材料。
图4 一些有机材料结构图Fig.4 The str uct ur es of some organic mater ials 与无机光伏材料相比有机光伏材料主要有以下方面的不足[4]:有机材料激子结合能大,相对不容易自然地分离成正负电荷,这样吸收光就不一定产生光电流;电子不是通过能带,而是通过在轨道间跳跃传输,电子迁移率明显降低;许多材料在氧和水的环境下不稳定;另一方面,由于必须有足够的拉力来打破光激子,较低的电子迁移率限制了有机膜的厚度,增加了器件内阻,使短路电流较小;非常薄的器件就使得界面的影响非常重要;温度的变化对光电流的产生有很大影响。
这会限制有机太阳能电池的应用[5]。
由于有机材料和无机材料各有优缺点,充分利用这两种材料优点制备有机/无机复合器件已成为当前研究的一个新热点。
3 器件结构目前,在各种报道中,主要有四种典型器件结构。
3.1 单质结结构最简单的结构就是两个电极之夹着一层有机材料的单质结器件(见图5(a ))。
电极一般都是IT O 和低功函数金属Al 、Ca 、Mg 。
对于单层结构电图5 典型器件结构Fig.5 The typical str uct ur es of the devices57 第1期林 鹏等:有机太阳能电池研究进展池来说,其内建电场起源于两个电极的功函数差异或者金属-有机染料接触而形成的Schottky-barr i-er。
该电场使得材料吸收光子产生的激子分离,从而产生了正负电子。
只有当激子扩散到电极和材料接触处激子才可能分离,一般激子的扩散长度只有1～10nm。
这就限制了这种器件的光电特性。
目前发现对有机材料进行I2[6]等掺杂可提高有机材料的电导率;通过表面离子极化(Surface Plasmon Polaritons)激发技术提高光吸收量可以提高电池的光电转换效率[2]。
A.R.Inigo等[6]报道当制造Polyaniline (Pani)Schottky-bar rier电池时加入CuPc粉末,该有机膜层的电导率增大了三个数量级;但是当Pani中掺杂I2时,似乎对光吸收没有影响。
A.R. Inigo等认为有选择地掺杂对光谱中短、长波长敏感的杂质可以提高太阳能转换效率。
对Schottky-barrier电池来说,入射到电池光电导层的光强有很大部分被反射掉,这降低了光电池转换效率。
这就需要优化电池的表面结构,将电池表面反射的光重新交和进入电池。
另一方面使用低的串联电阻和小的覆盖面的金属作为前电极易获得大的Fill因子和高的光电流。
3.2 异质结结构对于单层器件,激子的扩散长度很短使得产生的激子容易复合。
我们用给体-受体异质结结构可以提高激子的分离几率,而且也增宽了器件吸收太阳光谱的带宽(见图5(b))。
由施主和受主对材料组成的高聚物体系在本质上可以获得像半导体一样的p-n结。
当光与施主分子相互作用时,电子就能够从低的分子轨道提升到高的分子轨道从而产生激子。
在没有外界的影响下,驰豫过程随后产生;在此期间电子和空穴复合导致能量发射(通常是以比产生原跃迁波长更长的光的形式发射),但是如果受体存在,电子就向受主传输从而发生电荷分离。
1986年C.W.Tang[7]首次报道的双层有机太阳能电池(IT O/CuPc/PV/Ag)就是单异质结,其转换效率大约1%,Fill因子达到0.65。
经电池的稳定性测定V oc和I sc都表现出了极低的衰减(< 2%);而Fill因子却降低了近30%。
这主要是由于Ag电极衰减而引起电池大的串联电阻。
C.W.Tang对其电池的工作原理给出了定量的模型,认为CuPc和PV的光吸收产生激子,而产生的激子在膜层内扩散。