在生活中，你可能接觸過各種各樣的電子產品，那么你可能并不了解它的一些組成部分，比如它可能含有的有機太陽能電池，那么接下來讓小編帶領大家一起學習有機太陽能電池。有機這個概念貌似很新，但其實它的歷史也不短——跟硅基太陽能電池的歷史差不多。第一個硅基太陽能電池是貝爾實驗室在1954年制造出來的，它的太陽光電轉化效率接近6%;而第一個有機光電轉化器件是由Kearns和Calvin在1958年制備的，其重要材料為鎂酞菁(Mgpc)染料，染料層夾在兩個功函數(shù)不同的電極之間。

有機太陽能電池工作原理

顧名思義，有機太陽能電池是其核心部分由有機材料組成的太陽能電池。重要使用具有光敏性的有機物作為半導體材料，并通過光伏效應出現(xiàn)電壓以形成電流，從而達到太陽能發(fā)電的效果。

在有機材料中，盡管最高占據(jù)的軌道OMol和最低的空軌道GUM等效于無機半導體中的價帶(VB)和導帶G⑴，但有機材料的HoMO和LUMO能級是分開的，并且與無機能級不同材料。半導體中的持續(xù)能級VB和CB。因此，有機材料中的載體被局部化。與無機半導體材料中半徑較大的萬尼爾激子不同，有機材料中的激子重要是半徑較小的弗倫克爾激子，電子-空穴對之間的結合力大于瓦米爾激子。因此，與在吸收光之后出現(xiàn)自由電子-空穴對的無機光伏器件不同，有機光伏器件在吸收光之后出現(xiàn)流動的激發(fā)態(tài)(即，結合的電子-空穴對)。在激子中，電子-空穴對之間的庫侖效應相對較大，有機物的介電常數(shù)小，因此激子解離所需的能量高于熱運動的能量。因此，難以使激子在有機材料中解離，并且不容易形成自由載體。這些特性決定了有機太陽能電池的工作機理與無機pn結光伏器件的工作機理有很大不同。

可以看出，器件的光電效應過程如下(圖4o)：①當能量大于HOMOˉLUMO能隙的光子受到輻照時，供體分子將從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，形成激子;②中性施主激子經歷擴散，然后到達施主和受主之間的界面;③界面附近的施主激子借助內置的電場克服了激子中電子-空穴對之間的庫侖結合力。然后進行從供體轉移的電荷轉移電子，將LUMO能級轉移到受體LUMO能級上，形成電荷轉移絡合物;④電荷轉移絡合物中的電子-空穴對要克服在庫侖結合力再次分解成局部自由電荷(即陽離子載流子)之前，電流載流子和陰離子載流子(圖4③;⑤)負載的正負離子通過運輸分別到達陽極和陰極，并被電極收集以形成光電流。

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有機太陽能電池的結構

有機太陽能電池按照半導體的材料可以分為單質結結構、p-N異質結結構、染料敏化納米晶結構。

單質結結構

單結結構是基于肖特基勢壘原理制造的有機太陽能電池。它的結構是玻璃/金屬電極/染料/金屬電極，它利用兩個電極的不同功函數(shù)來出現(xiàn)電場。電子從功函數(shù)低的金屬電極轉移到功函數(shù)高的電極以出現(xiàn)光電流。由于電子和空穴都在相同的材料中傳輸，因此光電轉換率相對較低。

p—N異質結結構

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p-N異質結結構是指具有施主-受主(N型半導體和p型半導體)結構的異質結結構。其中，半導體材料重要是染料，例如酞菁化合物和per四甲醛亞胺化合物，它們使用D/A界面(施主-施主，受主-受主)和電子層之間的電子-空穴分離。不同材料的轉移特性提高了分離效率。EliasStathatos和其他人結合了無機和有機化合物的優(yōu)勢，制成了光電轉換率為5%至6%的太陽能電池。

NpC(nanocrystalinephotovoltaiccell)染料敏化納米晶

染料敏化太陽能電池(DSSC)重要是指一種使用染料敏化多孔納米結構TIO2薄膜作為光陽極的太陽能電池。它是模仿植物葉綠素光合用途原理的太陽能電池。但是，NpC太陽能電池可以選擇合適的氧化還原電解質來提高光電效率，一般可以穩(wěn)定在10%以上，納米晶TIO2易于制備，成本低，使用壽命長，具有良好的市場前景。