有机半导体太阳电池.wps

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，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。激子的扩散长度约为 9×10-9m。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3×10-8m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 2×10-8m 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（1.5×10-8m）比份菩层（无序结构）中的激子的扩散长度（6×10-8m）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-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002cm2Vs。 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50nm×260nm 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。