有机半导体太阳电池

《有机半导体太阳电池》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有机半导体太阳电池（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、有机半导体太阳电池有机半导体太阳电池 共轭高分子聚合物材料由于沿着其化学链的每格点已轨道交迭 形成了非定域化的导带和价带，因而呈现半导体性质。 通过适当的化 学掺杂可达到高电子迁移率，禁带宽度为几个电子伏特。 有机半导体 有许多特殊的性质，可用来制造许多薄膜半导体器件，如：场效应 晶体管、 场效应电光调制器、 光发射二极管、 光伏器件等。 用有机半导 体制造太阳电池工艺简单、重量轻、价格低、便于大规模生产。 用于光伏器件的高分子材料主要有酞青锌（ZnPc）、甲基叶林 （TTP）、 聚苯胺（PAm）、 聚对苯乙炔（PPV）等。 一般用金属电极与 有机半导体之间形成肖特基势垒和产生的内建电场，离解

2、光生激子 成为自由载流子并驱动载流子在有机半导体中传输。 以PPV为例，制 作太阳电池过程如下：先在透明玻璃上沉积透明导电膜ITO 层，再 用旋转法将PPV 溶液涂于 ITO层上，然后在 250下加热使溶液转换 成 PPV。 PPV 的厚度控制 在100nm左右。最后利用热蒸发将金属 A1、Mg或 Cd 沉积于 PPV 上，这样制备成金属PPVITO结构光伏二 极管。其开路电压列于表2。 有机半导体光伏器件中光生载流子的产生依赖界面之间的电场， 即只有扩散到金属有机界面的激子才能够有效地转化为自由载流 子。因而肖特基型有机太阳电他光伏特性与电极性质有关。同时金属 电极透光性差，又能促使激子复合

3、，以及金属电极表面态又是自由 载流子的强复合中心，所以导致了金属有机半导体太阳电池的填 充因子很低。例如MgPPV 太阳电池的填充因子只有0.2。 为了提高填充因子，改进太阳电池的特性，利用有机半导体与 有机半导体形成双层p-n 异质结的系统。 这种结构可使内建电场存在 的结合面与金属电极隔开。例如用PPV 作为p。型半导体，Perylene 为卜型半导体，构成ITOPPV（90nm）Perylene（120mm）Al 结构的太阳电池、 在晴场下3V 偏压时，其整流比率大子105。 在490nm 波长和0.27mWcm-2功率的光照下，开路电压约为IV，短路电流量子 产额大于6。激子的扩散长度

4、约为 910-9m。 双层有机半导体异质结太阳电池不同于单层电他的另一个关键 性的原因是，有机有机界面决定其光伏性质而不是有机电极界 面。 有机有机界面区控制着光生载流子的产生，界面内建场提供了 自由载流子输运到电极的驱动力。 表3列出了几种有机半导体异质结 太阳电池的主要参数。 经理论分析表明，异质结北红（Me-pTC）铝氯酞青 （CIAiPc）太阳电池最佳厚度为310-8m时，电池的理论转换效率 最大可达4.76。而单层份青膜层厚度为 210-8m 时，其单层肖特 基电池的最大转换效率为1.0。另外北红和铝氯酞青在真空沉积过 程中，酞育分子呈有序排列，因而激子扩散长度（1.510-8m）比

5、份 菩层（无序结构）中的激子的扩散长度（610-8m）长得多。 目前所有的非晶有机半导体或掺杂的高分子聚合物的一个突出 问题是，低的载流子迁移率，即迁移率仅约10-8到10-2cm2Vs。 一般 电子迁移率低于空穴迁移率。 无序有机材料荷电粒子的传输主要是通 过跳跃式过程进行的，即中性分子和荷电衍生物之间单电子氧化一 还原过程。 荷电粒子的跳跃速率或迁移率主要受无序性对电荷电粒子 传输位置的影响。 因此增加分子有序或减少无序性是增强迁移率的一 种有效办法。最近Lin 等人利用真空共蒸发的方法将 NTDI（N，Nbis（1.2-dimeethy1propyl-1，4，5，8-naphthal-

6、enetetracarboxylic diimide）TTA （triI-to1ylamine）形成组 份薄膜，其组份比例0.550.45。 这种NTDITTA组份有机半导体薄 膜的电子迁移率比单一的NTDI 膜增加了4-6倍。 另外，在125的衬 底温度下，真空蒸发CuPc 形成的膜，其载流子迁移率达到002cm2 Vs。 利用透射和扫描电子显微镜观察发现，在125下形成的 CuPc膜 是由尺寸为50nm260nm 棒状小晶体组成，已成为结晶薄膜，所以 大大地增强了迁移率。 *理论值 综上所述，选择最佳有机半导体材料、 提高转换效率和稳定性等诸多 方面问题，需要进行大量的工作才能解决，只有这样有机半导体太 阳电池才能达到实际应用水平。