BB1117-2.85

   电极以功函数能级表示,给体和受体以HOMo和LUMo能级表示

器件中载流子输运的另一个驱动力是浓度梯度,它主要来自于物质浓度的空间分布差异,因为载流子倾向于从高浓度区域向低浓度区域扩散。例如,在界面附近受体LUMO能级中的电子由于浓度较大,倾向于向受体内浓度较低的区域扩散,逐渐接近电极。类似地,浓度较高的界面附近空穴也倾向于在给体内向低浓度区域扩散,逐渐接近电极。

   如果给体或者受体以掺杂形式存在于薄膜中,则给体与给体分子之间,或者受体与受体分子之间将会存在一定的距离。这将会使空穴在给体中、或者电子在受体中,通过渐进电场和浓度扩散进行的输运出现不连续的情形。这种情况下,载流子的输运需借助于渗滤作用进行(percolation),给体和受体浓度梯度以及薄膜形貌等将会起比较重要的作用。在电极接触界面,如果受体LUMO与金属功函数匹配,给体的HOMO与ITO功函数匹配,则认为器件是理想的欧姆接触,电荷的收集效率最高可达100%。迄今为止,由于电极和有机材料HOMO/LUMo能级的限制, 有机太阳能电池中真正的欧姆接触并没有实现,因此电极处的电荷收集损失也是有机太阳能电池效率低的原因之一。

    由于有机材料中如氧等陷阱普遍存在,迁移率一般低于10艹cm2/(V・s严甸。载流子迁移率低,电荷向电极输运时由于复合导致的光电流损失大,造成有机太阳能电池较低的短路电流阝创。因此设计具有高迁移率的活性材料是提高有机太阳能电池性能的有效途径。值得注意的是,有机薄膜材料的载流子迁移率受薄膜形貌及晶粒尺寸的影响极大。基于相同材料体系,使用不同方法和后处理过程获得的有机太阳能电池,由于载流子迁移率的不同,器件的效率也有显著差别。因此,对于器件优化,不同溶剂效应、高温退火效应、表面活性剂效应等都应该予以考虑lss^5"。此外,在活性材料中掺入载流子输运能力较高的纳米材料也可提高器件效率。例如双臂碳纳米管对有机材料的掺杂可以增加空穴传输能力,提高器件的性能阝田;在器件中掺杂金或银纳米粒子,由于提高了导电率,器件的效率可增加50%~70%。除了致力于通过提高活性组分的载流子迁移率和优化器件结构外,电极修饰也可以通过改善电极界面的接触特性,以及通过提高电极与有机材料能级的匹配度来提高器件性能lsO,61],详细内容见4.4,6节。