有机和印刷电子

有机光伏

有机光伏(OPV)器件可以将太阳能转化为电能。典型的OPV器件是由夹在两个电极之间的一种或多种光敏材料所组成的。图1描绘了典型的双层有机光伏器件。

图 1. 双层有机光伏器件的结构

 

在双层OPV电池中,由供体和受体半导体有机材料所组成的光敏层会吸收太阳光产生光电流。供体材料(D)提供电子并主要传输空穴,受体材料 (A)吸取电子并主要传输电子。如图2所示,这些光敏材料可以从太阳光中收集光子形成激子,其中电子从价带激发到导带(吸收光)。由于浓度梯度,激子会扩散到供体/受体界面上(激子扩散)并分离成自由空穴(正电荷载流子)和电子(负电荷载流子)(电荷分离)。当空穴和电子跟随供体或受体相(电荷提取)移动到相应的电极时,就会产生光伏。

图 2. 双层有机光伏电池的功能机理(D =供体,A =受体)

 

与无机材料相比,OPV技术的主要优势在于其可以用于大面积应用,属于柔性太阳能电池组件,特别适用于卷对卷(R2R)生产。另外,与硅基材料相比,由于其成本较低以及器件制造的简易性,有机太阳能电池的制造成本得到了降低。然而,为了赶上硅基太阳能电池的性能,OPV中的供体和受体材料都需要具有良好的消光系数、高稳定性和良好的膜形态。由于供体是太阳光光子通量的吸收体,起着关键作用,所以供体材料需要具有较宽的光吸收能力来匹配太阳光谱。理想供体/受体的另一个基本要求是其的空穴/电子迁移率可以实现电荷传输最大化。可以显著提高OPV器件的性能方法包括:引入各种OPV结构,如体相杂化(BHJ)和倒装器件结构,开发低带隙共轭聚合物和创新有机小分子作为供体材料。

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