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   有机太阳能电池的器件结构

   有机太阳能电池的结构,由单层schottky器件开始,相继发展了双层异质结、本体异质结、分子DˉA结以及基于以上单元结构的叠层器件等。

   如图4,13(al所示为单层太阳能电池结构,只有一层同质单一极性的有机半导体材料内嵌于两个电极之间。图4,13rb)是器件的能级示意图,其中的HOMO是材料的最高占据轨道,LUMo是材料的最低空置轨道。有机分子吸收光产生激子后,电子占据较高能级的矿轨道GUMo),而与之相关联的空穴占据较低能级的冗轨道(HOMO)。在短路情况下,两个电极功函数的不同将使有机层中产生内建电场,导致有机层能带的倾斜。考虑到有机材 料中载流子密度很低,并且有机层的厚度通常不是很厚,无机太阳能电池结构中出现的能带弯曲现象,在有机太阳能电池中常常可以忽略。因此,有机单层器件中,使激子解离为电子和空穴的主要驱动力来自两个电极功函数差别导致的内建电场。然而,内建电场通常不足以将有机材料中的激

子解离,因此激子的解离效率极低田,刚。这种器件可以作为光检测器,因为在较强的外电场作用下,光照产生的电荷可迁移到电极,产生电流。

   在双层光伏器件中,给体和受体有机材料分层排列于两个电极之间,形成平面型D-A界面。其中,阳极功函数要与给体HOMo能级匹配,阴极功函数要与受体LUMO能级匹配,这样有利于电荷收集。双层器件的原理见图4.14,图中忽略所有由于能级排列而产生的能带弯曲和其他界面效应。