BB1117-5.0

   双层异质结器件

   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。

    图4,14 双层异质结器件工作原理

    (al器件结构;lb)能级示意图

    在双层异质结器件中,光子转换成电子有以下几个步骤。①材料吸收光子产生激子:当入射光的能量大于活性物质的能隙(Eg)时,活性物质吸收光子而形成激子;②激子扩散至异质结处;③电荷分离:激子在异质结附近被分成了自由空穴(在给体上)和自由电子(在受体上),它们是体系中主要的载流子,具有较长寿命;④电荷传输以及电荷引出:分离出来的自由电荷,经过传输到达相应的电极,进而被收集和引出。

    双层异质结器件中电荷分离的驱动力主要是给体和受体的最低空置轨道①UMo)能级差ls9l,即给体和受体界面处电子势垒。在界面处,如果势垒较大(大于激子的结合能),激子的解离就较为有利:电子会转移到有较大电子亲和能的材料上,使激子非常有效地解离。

与单层器件相比,双层器件的最大优点是同时提供了电子和空穴传输通道。当激子在D-A界面产生电荷转移后,电子在n型受体材料中传输,而空穴则在p型给体材料中传输。因此电荷分离效率较高,自由电荷重新复合的机会也降低。