1有机太阳能电池研究有机太阳能电池研究（东南大学化学与化工学院，江苏南京211１89）摘要:为了减轻当前能源危机所带来的压力,各国在太阳能电池等清洁能源领域投入了大量的人力、物力和财力。由于有机太阳能电池具有独特的优点(有机材料易于修饰,器件制备方法简便且可制备出柔韧器件)，并且随着相关研究的深入,有机太阳能电池的能量转换效率逐步得到提高。关键词:有机太阳能电池，工作原理,结构，材料1引言能源是目前世界上人们最为关注的问题之一，地球上已探明的化学燃料能源,如石油、天然气、煤等,日趋枯竭。同时化学燃料能源的使用,有毒气体和温室气体的大量排放对生态环境产生了严重的破坏。针对于此,众多国家纷纷提出了各自的绿色再生能源计划。太阳能是目前世界上可以开发的最大能源,而且洁净无污,日益成为绿色能源的首选。光伏器件可以直接将太阳能转化成电能,是太阳能利用的重要手段。有机太阳能电池(oｒganicsolarcｅｌls,OSCs)领域就是目前研究的热点之一,因为有机太阳能电池有着自身的优点:主体有机材料可以通过不同的分子修饰,优化有机材料的光伏性能；器件的制备方法简便,成本低廉；易于制备出大面积且柔韧性好的有机光伏器件。早在上世纪70年代，人们就观察到有机小分子的光生伏打效应[1]之后，聚合物太阳能电池也随之诞生[2]，但当时所制备的太阳能电池效率还很低，远远不能满足商业化需求。直到1986年,美国EastmeｎKodak公司的邓青云博士将双层异质结构引入到太阳能电池结构中,器件效率才得到了大幅度提高，人们也看到有机太阳能电池商业化的美好前景[3]。现阶段,有机太阳能电池的研究主要着眼于两个大方向,即新型有机功能材料的研究、开发与有机光伏器件结构的优化。这两个方面相辅相成，共同提高了有机太阳能电池的光伏性能。2太阳能电池的工作原理2有机太阳能电池研究太阳能电池的基本原理是基于半导体异质结或金属半导体界面附近的光伏效应,所以又称为光伏电池。当光子入射到光敏材料时,激发材料内部产生电子和空穴对,在静电势能作用下分离，然后被接触电极收集,这样外电路就有电流通过。有机太阳能电池利用的也是光伏效应。有机太阳能电池的工作原理一般包括以下几个过程:(1)在太阳光照下，能量大于有机半导体材料禁带宽度的光子首先被吸收,此时处于HOMO(材料的最高占据轨道）能级的电子会被激发到LUMＯ（材料的最低空置轨道）能级上，而与之相关联的空穴则占据轨道较低的ＨOMＯ能级；(2）形成的电子-空穴对之间的库仑力较大,它们会以束缚的形式存在，称为激子;（3)当激子处于电场处或界面处时,在能级差的作用下这些激子就会分离形成自由的电子和空穴,并分别向阴极和阳极运动，形成光电流。一般认为，有机太阳能电池的物理过程包括:3有机太阳能电池研究(1）光的吸收和激子的产生太阳光通过透明或者是半透明的电极材料进人到有机材料中,光被有机材料吸收后激发有机分子,从而产生激子。(2)激子的扩散和解离激子产生后因浓度的差别而在材料中产生扩散运动,一部分激子扩散到达解离界面后被拆分为电子和空穴。在这一过程中,影响激子解离的因素主要是激子的寿命和激子的扩散长度以及材料的结晶性能。(３)载流子的收集激子被拆分后产生的自由载流子必须被正、负电极分别收集才能够为器件光电流做贡献。有效的载流子分离需要一定的电场作用。在有机太阳能电池器件中，它由阴、阳极材料的功函数差值来提供。3有机太阳能电池分类电池的顶部为玻璃基底，在玻璃基底上镀有一层可透光的金属电极，一般为铟锡氧化物(ITO）。与ＩTＯ电极接触的是有机半导体层,厚度一般为0.1～1μm，最后在有机半导体上镀上一层不透明的金属作为背电极。当外部负载通过金属导线与两个电极相连时,就形成了一个完整结构的太阳能电池。按照有机半导体层材料的差别,有机太阳能电池可分为单层结（单一有机或共轭聚合物材料）结构、双层（给体-受体）异质结结构和本体(给体-受体共混,包括共轭聚合物-无机半导体纳晶复合型)异质结结构[3]。3．1单层结结构太阳能电池单层结结构有机太阳能电池是研究最早的有机太阳能电池[４],其电池结构为玻璃／金属电极／染料/金属电极。单层结结构有机太阳能电池工...
