BB1117-2.85

   電極以功函數(shù)能級(jí)表示,給體和受體以HOMo和LUMo能級(jí)表示

器件中載流子輸運(yùn)的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)力是濃度梯度,它主要來(lái)自于物質(zhì)濃度的空間分布差異,因?yàn)檩d流子傾向于從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域擴(kuò)散。例如,在界面附近受體LUMO能級(jí)中的電子由于濃度較大,傾向于向受體內(nèi)濃度較低的區(qū)域擴(kuò)散,逐漸接近電極。類似地,濃度較高的界面附近空穴也傾向于在給體內(nèi)向低濃度區(qū)域擴(kuò)散,逐漸接近電極。

   如果給體或者受體以摻雜形式存在于薄膜中,則給體與給體分子之間,或者受體與受體分子之間將會(huì)存在一定的距離。這將會(huì)使空穴在給體中、或者電子在受體中,通過(guò)漸進(jìn)電場(chǎng)和濃度擴(kuò)散進(jìn)行的輸運(yùn)出現(xiàn)不連續(xù)的情形。這種情況下,載流子的輸運(yùn)需借助于滲濾作用進(jìn)行(percolation),給體和受體濃度梯度以及薄膜形貌等將會(huì)起比較重要的作用。在電極接觸界面,如果受體LUMO與金屬功函數(shù)匹配,給體的HOMO與ITO功函數(shù)匹配,則認(rèn)為器件是理想的歐姆接觸,電荷的收集效率最高可達(dá)100%。迄今為止,由于電極和有機(jī)材料HOMO/LUMo能級(jí)的限制, 有機(jī)太陽(yáng)能電池中真正的歐姆接觸并沒(méi)有實(shí)現(xiàn),因此電極處的電荷收集損失也是有機(jī)太陽(yáng)能電池效率低的原因之一。

    由于有機(jī)材料中如氧等陷阱普遍存在,遷移率一般低于10艸cm2/(V・s嚴(yán)甸。載流子遷移率低,電荷向電極輸運(yùn)時(shí)由于復(fù)合導(dǎo)致的光電流損失大,造成有機(jī)太陽(yáng)能電池較低的短路電流阝創(chuàng)。因此設(shè)計(jì)具有高遷移率的活性材料是提高有機(jī)太陽(yáng)能電池性能的有效途徑。值得注意的是,有機(jī)薄膜材料的載流子遷移率受薄膜形貌及晶粒尺寸的影響極大。基于相同材料體系,使用不同方法和后處理過(guò)程獲得的有機(jī)太陽(yáng)能電池,由于載流子遷移率的不同,器件的效率也有顯著差別。因此,對(duì)于器件優(yōu)化,不同溶劑效應(yīng)、高溫退火效應(yīng)、表面活性劑效應(yīng)等都應(yīng)該予以考慮lss^5"。此外,在活性材料中摻入載流子輸運(yùn)能力較高的納米材料也可提高器件效率。例如雙臂碳納米管對(duì)有機(jī)材料的摻雜可以增加空穴傳輸能力,提高器件的性能阝田;在器件中摻雜金或銀納米粒子,由于提高了導(dǎo)電率,器件的效率可增加50%~70%。除了致力于通過(guò)提高活性組分的載流子遷移率和優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)外,電極修飾也可以通過(guò)改善電極界面的接觸特性,以及通過(guò)提高電極與有機(jī)材料能級(jí)的匹配度來(lái)提高器件性能lsO,61],詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)4.4,6節(jié)。