BB1117A

   本体异质结器件

   在本体异质结器件中,给体和受体在整个活性层范围内充分混合,D-A界面分布于整个活性层。本体异质结可通过将含有给体和受体材料的混合溶液以旋涂的方式制备,也可通过共同蒸镀的方式获得,还可以通过热处理的方式将真空蒸镀的平面型双层薄膜转换为本体异质结结构。本体异质结器件原理见图4.15,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。本体异质结器件与双层异质结器件相似,都是利用D-A界面效应来转移电荷。它们的主要区别在于:①本体异质结中的电荷分离产生于整个活性层,而双层异质结中电荷分离只发生在界面处的空间电荷区域(几个纳米)。因此本体异质结器件中激子解离效率较高,激子复合概率降低,结果减少或避免了由于有机物激子扩散长度小而导致的能量

损失。②由于界面存在于整个活性层,本体异质结器件中载流子向电极传 输主要是通过粒子之间的渗滤oercolation)作用,而双层异质结器件中载流子传输介质是连续空间分布的给体或受体,因此双层异质结器件中载流子传输效率相对地高。而本体异质结器件由于载流子传输特性所限,对材料的形貌、颗粒的大小较为敏感,且填充因子也相应地。

   本体有机太阳能电池活性层中材料的形貌和给体/受体的混合程度,对电荷分离、光电流的产生以及总能量转换效率有很大影响。粒径的尺寸太大,电荷的分离效率将会降低;而粒径太小,电荷的传输就会受阻,同时自由电荷再次复合的概率也相对地高。因此,在本体异质结器件中,必须优化材料粒径大小,以同时满足较高的电荷分离效率和输运效率。