BB1117-5.0

   雙層異質(zhì)結(jié)器件

   在雙層光伏器件中,給體和受體有機(jī)材料分層排列于兩個電極之間,形成平面型D-A界面。其中,陽極功函數(shù)要與給體HOMo能級匹配,陰極功函數(shù)要與受體LUMO能級匹配,這樣有利于電荷收集。雙層器件的原理見圖4.14,圖中忽略所有由于能級排列而產(chǎn)生的能帶彎曲和其他界面效應(yīng)。

    圖4,14 雙層異質(zhì)結(jié)器件工作原理

    (al器件結(jié)構(gòu);lb)能級示意圖

    在雙層異質(zhì)結(jié)器件中,光子轉(zhuǎn)換成電子有以下幾個步驟。①材料吸收光子產(chǎn)生激子:當(dāng)入射光的能量大于活性物質(zhì)的能隙(Eg)時,活性物質(zhì)吸收光子而形成激子;②激子擴(kuò)散至異質(zhì)結(jié)處;③電荷分離:激子在異質(zhì)結(jié)附近被分成了自由空穴(在給體上)和自由電子(在受體上),它們是體系中主要的載流子,具有較長壽命;④電荷傳輸以及電荷引出:分離出來的自由電荷,經(jīng)過傳輸?shù)竭_(dá)相應(yīng)的電極,進(jìn)而被收集和引出。

    雙層異質(zhì)結(jié)器件中電荷分離的驅(qū)動力主要是給體和受體的最低空置軌道①UMo)能級差ls9l,即給體和受體界面處電子勢壘。在界面處,如果勢壘較大(大于激子的結(jié)合能),激子的解離就較為有利:電子會轉(zhuǎn)移到有較大電子親和能的材料上,使激子非常有效地解離。

與單層器件相比,雙層器件的最大優(yōu)點是同時提供了電子和空穴傳輸通道。當(dāng)激子在D-A界面產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移后,電子在n型受體材料中傳輸,而空穴則在p型給體材料中傳輸。因此電荷分離效率較高,自由電荷重新復(fù)合的機(jī)會也降低。