B6150H1

   电荷的输运与收集

   激子在给体/受体的界面完成光诱导电荷转移后,发生电荷解离,得到自由电荷:电子在受体中,空穴在给体中。这些载流子必须在有机层中输运至正负电极,才能被收集。由于有机材料中载流子的定域性,电荷通过跃进模式或者扩散作用进行输运,最终达到电极并被收集而产生光电流。应该指出,自由电荷在向电极传输的过程中,重新复合的机会较低,但是还是有可能的。因此体系中存在着自由电荷传输与重新复合成激子的竞争。亦即在p型和n型半导体的界面,可能发生电荷与相反电荷的复合,这一过程包括直接复合、二次复合或双分子复合。

   有机太阳能电池中自由电荷向电极的传输,有两种驱动力,一是内部的渐变电场,二是渐变的自由电荷浓度,与此相应的载流子运动分别为电荷迁移和电荷扩散。相应地,影响电荷传输的因素概括为电荷迁移率r电场强度(③、电荷寿命⑺和电荷扩散系数rD)等。

    载流子输运的驱动力之一是器件内部的渐变电场,它主要来自于两个电极功函数的差别。由于有机材料的导电性能通常都不够理想,在考虑器件的渐变电场时,可将有机太阳能电池近似地视为金属-绝缘体-金属(MIM)模型。在经典MIM器件定义下,电极能级与有机层能级排列以及渐变电场的各种情形见图4.11。图中,有机半导体内嵌于两个不同功函数的电极之间。其中,电极用它们的费米能级表示,有机半导体则以HOMO和LLrMo能级表示。图4,1l⑻代表开路情形,也称为“平带情形”。