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有机太阳能电池摘要有机太阳能电池因具有成本低、质轻、柔韧性好、可大面积印刷制备的优点而受到广泛关注，对电池原理，结构，材料的研究对提高有机太阳能电池的性能有重大意义。
本文主要综述了有机太阳能电池的工作原理，电池结构以及电极材料。
并对有机太阳能电池的应用前景做了展望。
关键词原理；结构；材料；应用前景1.有机太阳能电池简介有机太阳能电池，顾名思义，就是由有机材料构成核心部分的太阳能电池。
主要是以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料，以光伏效应而产生电压形成电流, 实现太阳能发电的效果.由于无机硅太阳能电池的材料生产成本高，污染大、能耗高，寻找新型太阳能电池材料和低成本制造技术便成为人们研究太阳能电池技术的目标。
有机太阳能材料和电池制备技术有望成为低成本制造的选择之一。
世界上第一个有机光电转化器件是由Kearns和Calvin在1958年制备的，其主要材料为镁酞菁（MgPc）染料，染料层夹在两个功函数不同的电极之间。
1986年，行业内出现了一个里程碑式的突破——有机半导体的发明。
器件的核心结构是由四羧基苝的一种衍生物（PV）和铜酞菁（CuPc）组成的双层膜。
双层膜的本质是一个异质结，其思路是用两种有机半导体材料来模仿无机异质结太阳能电池。
1992年，土耳其人Sariciftci在美国发现，激发态的电子能极快地从有机半导体分子注入到C60分子中，而反向的过程却要慢得多。
1993年，Sariciftci在此发现的基础上制成PPV/C60双层膜异质结太阳能电池。
随后，研究人员在此类太阳能电池的基础上又提出了一个重要的概念：混合异质结（体异质结）。
而所谓“混合异质结”，就是将给体材料和受体材料混合起来，通过共蒸或者旋涂的方法制成一种混合薄膜。
给体和受体在混合膜里形成一个个单一组成的区域，在任何位置产生的激子，都可以通过很短的路径到达给体与受体的界面（即结面），从而电荷分离的效率得到了提高。
2.有机太阳能电池工作原理激子概念在有机半导体材料中，分子之间只有很弱的范德华作用力，不能形成连续的能带，电子被光激发后只能停留在原分子轨道内，不能转移到其他分子上。
有机太阳能电池摘要有机太阳能电池因具有成本低、质轻、柔韧性好、可大面积印刷制备的优点而受到广泛关注，对电池原理，结构，材料的研究对提高有机太阳能电池的性能有重大意义。
本文主要综述了有机太阳能电池的工作原理，电池结构以及电极材料。
并对有机太阳能电池的应用前景做了展望。
关键词原理；结构；材料；应用前景1.有机太阳能电池简介有机太阳能电池，顾名思义，就是由有机材料构成核心部分的太阳能电池。
主要是以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料，以光伏效应而产生电压形成电流, 实现太阳能发电的效果.由于无机硅太阳能电池的材料生产成本高，污染大、能耗高，寻找新型太阳能电池材料和低成本制造技术便成为人们研究太阳能电池技术的目标。
有机太阳能材料和电池制备技术有望成为低成本制造的选择之一。
世界上第一个有机光电转化器件是由Kearns和Calvin在1958年制备的，其主要材料为镁酞菁（MgPc）染料，染料层夹在两个功函数不同的电极之间。
1986年，行业内出现了一个里程碑式的突破——有机半导体的发明。
器件的核心结构是由四羧基苝的一种衍生物（PV）和铜酞菁（CuPc）组成的双层膜。
双层膜的本质是一个异质结，其思路是用两种有机半导体材料来模仿无机异质结太阳能电池。
1992年，土耳其人Sariciftci在美国发现，激发态的电子能极快地从有机半导体分子注入到C60分子中，而反向的过程却要慢得多。
1993年，Sariciftci 在此发现的基础上制成PPV/C60双层膜异质结太阳能电池。
随后，研究人员在此类太阳能电池的基础上又提出了一个重要的概念：混合异质结（体异质结）。
而所谓“混合异质结”，就是将给体材料和受体材料混合起来，通过共蒸或者旋涂的方法制成一种混合薄膜。
给体和受体在混合膜里形成一个个单一组成的区域，在任何位置产生的激子，都可以通过很短的路径到达给体与受体的界面（即结面），从而电荷分离的效率得到了提高。
2.有机太阳能电池工作原理2.1激子概念在有机半导体材料中，分子之间只有很弱的范德华作用力，不能形成连续的能带，电子被光激发后只能停留在原分子轨道内，不能转移到其他分子上。
太阳能电池板的分类及特点详细介绍太阳能电池板是一种将太阳能转化为电能的装置，广泛应用于太阳能发电系统中。
太阳能电池板根据不同的材料和工艺，可以分为单晶硅、多晶硅、薄膜和有机太阳能电池板等不同类型。
下面将逐一介绍各种类型的太阳能电池板及其特点。
1.单晶硅太阳能电池板：单晶硅太阳能电池板由单晶硅元件组成，具有高效能转化率和较高的稳定性。
其制造过程中采用了较高的温度和气氛，因此成本相对较高。
单晶硅太阳能电池板的特点包括高效率、较长的使用寿命和良好的稳定性，但其能量密度较低，故面积较大。
2.多晶硅太阳能电池板：多晶硅太阳能电池板以多晶硅元件制成，制造过程简单，因此成本相对较低。
多晶硅太阳能电池板的特点包括性价比高、适用于大规模生产和可塑性强。
然而，多晶硅太阳能电池板的转化效率较低，且在高温环境下性能容易衰减。
3.薄膜太阳能电池板：薄膜太阳能电池板由柔性材料上的薄膜组成，可以分为非晶硅薄膜、铜铟镓硒薄膜（CIGS）和碲化铟镓薄膜（CIG）等。
薄膜太阳能电池板具有重量轻、可弯曲性强等特点，可以应用于曲面建筑物和可穿戴设备中。
然而，薄膜太阳能电池板的转化效率一般较低，且使用寿命有限。
4.有机太阳能电池板：有机太阳能电池板由有机材料构成，具有低成本、柔性和轻质等优点。
有机太阳能电池板的制造工艺相对简单且环境友好。
然而，有机太阳能电池板的转化效率较低，且在高温和潮湿环境下易受到损坏。
总体而言，太阳能电池板是将太阳能转化为电能的装置，根据不同的材料和工艺，可以分为单晶硅、多晶硅、薄膜和有机太阳能电池板等不同类型。
每种类型的太阳能电池板都有其独特的特点和应用场景。
单晶硅太阳能电池板具有高效率和较长的使用寿命，适用于需要高转化效率和稳定性的场合；多晶硅太阳能电池板具有低成本和可塑性强，适用于大规模生产和柔性应用；薄膜太阳能电池板具有重量轻、可弯曲性强的特点，适用于曲面建筑物和可穿戴设备；有机太阳能电池板具有低成本和环境友好的特点，适用于柔性和轻质应用。
有机太阳能电池原理有机太阳能电池是一种利用有机分子作为光电转换材料的光伏器件。
它的工作原理是通过光的照射，激发有机分子中的电子，使其跃迁到导带中，从而产生电流。
有机太阳能电池具有柔性、轻薄、低成本等特点，因此备受关注，并在可穿戴设备、光伏建筑等领域有着广泛的应用前景。
有机太阳能电池的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 光吸收，有机太阳能电池的关键部分是光吸收层，其中包含有机分子。
当太阳光照射到光吸收层时，有机分子中的某些电子会被激发，跃迁到导带中，形成电子-空穴对。
2. 电子传输，在有机太阳能电池中，激发的电子会在光吸收层中传输，最终到达电子传输层。
在这个过程中，电子会释放出能量，从而产生电流。
3. 电荷分离，在电子传输到达电子传输层后，电子和空穴会被分离，形成正负电荷。
这种电荷分离的过程是有机太阳能电池能够产生电流的关键步骤。
4. 电荷收集，分离的正负电荷会被分别收集到电极上，形成电流。
这样就完成了光能转化为电能的过程。
有机太阳能电池的工作原理相较于传统的硅基太阳能电池有着独特的优势。
首先，有机太阳能电池可以采用柔性基底，因此可以制备成柔性、轻薄的器件，适用于曲面、弯曲的电子设备。
其次，有机太阳能电池的制备工艺简单，成本低廉，可以实现大面积、快速生产，有着较大的产业化潜力。
再者，有机太阳能电池还具有颜色可调性，可以根据实际需求设计出不同颜色的太阳能电池，满足建筑一体化、装饰一体化的需求。
然而，有机太阳能电池也存在一些问题，如光稳定性差、寿命短、效率低等。
因此，目前仍需要进一步的研究和改进，以提高其稳定性和效率。
总的来说，有机太阳能电池作为一种新型的光伏器件，具有许多优势和应用前景。
通过不断的研究和创新，相信有机太阳能电池将会在未来得到更广泛的应用，并为人类社会的可持续发展做出贡献。
有机太阳能电池的分类有机太阳能电池是一种利用有机材料将太阳能转化为电能的装置。
根据其不同的结构和材料特性，有机太阳能电池可以分为有机聚合物太阳能电池、有机小分子太阳能电池和有机无机杂化太阳能电池三类。
有机聚合物太阳能电池是其中最常见的一种类型。
它由有机聚合物材料构成，具有较高的光吸收性能和良好的柔韧性。
有机聚合物太阳能电池的工作原理是，太阳光照射到光敏材料上时，光子的能量被转化为电子能量，从而产生电流。
这种电池具有制备简单、成本低廉的优点，可以在柔性电子器件、电子纸等领域得到广泛应用。
有机小分子太阳能电池是另一种常见的有机太阳能电池。
与有机聚合物太阳能电池不同，有机小分子太阳能电池采用小分子有机材料作为光敏层，其结构更加精细和复杂。
这种电池的工作原理是，光子的能量激发光敏材料中的电子，使其跃迁到导电层，从而形成电流。
有机小分子太阳能电池具有高效率和较长的寿命等优点，但其制备过程较为复杂，成本较高。
有机无机杂化太阳能电池是近年来发展起来的一种新型太阳能电池。
它采用有机物和无机物相结合的材料作为光敏层，兼具有机太阳能电池和无机太阳能电池的优点。
有机无机杂化太阳能电池的工作原理是，光敏材料中的有机分子吸收光子能量，将其转化为电子能量，然后通过无机材料的传导带将电子输送出来。
这种电池具有高效率、稳定性好的特点，是目前研究的热点之一。
除了以上三类主要的有机太阳能电池，还有一些其他类型的有机太阳能电池也在研究中。
例如，染料敏化太阳能电池利用染料分子吸收光子能量，将其转化为电子能量；有机薄膜太阳能电池利用有机材料的薄膜结构提高光电转化效率等。
这些有机太阳能电池在不同的应用领域具有各自的优势和局限性。
有机太阳能电池是一种重要的可再生能源装置，可以将太阳能转化为电能。
根据其结构和材料特性的不同，有机太阳能电池可以分为有机聚合物太阳能电池、有机小分子太阳能电池和有机无机杂化太阳能电池等多种类型。
这些电池在不同的应用领域具有各自的优势和适用性，为可持续能源的发展做出了重要贡献。
有机光伏电池
有机光伏电池(OrganicPhotovoltaics，OPV)是一种新型的可折叠式太阳能电池，它的基本原理是利用光束（太阳光）照射有机材料，使其产生电子对，从而产生电流。
OPV具有体积小、重量轻、廉价等优点，在太阳能发电领域具有广泛的应用前景。
OPV由两种材料组成，一种是有机半导体，能够从太阳光中把光能转换成电能；另一种是光电极，能够把电能转换成电流。
光电极通常由金属丝、碳纳米管、尼龙或者氧化铝等材料组成，其优点是导电性能好，耐腐蚀性强。
有机光伏电池的工作原理很简单，当太阳光照射其中一层有机半导体时，有机半导体中的电子会向另一层中的电子靠近，从而形成一个电位差，使得电流在光电极中流动，最终产生电能。
由于OPV具有高效率、低成本、可折叠、可拉伸等特点，因而在太阳能发电领域具有广泛的应用前景。
OPV可以用来发电，可以用于室外、室内的广告牌、公路指示牌等等；也可以用来充电，非常适用于便携式仪器、移动电话等便携式设备的充电。
此外，由于OPV可以轻松安装在建筑物表面，因此也可以用于建筑物的外墙和屋顶，为建筑物提供太阳能发电。
- 1 -。
有机太阳能电池缩写OPV，全称有机光伏（Organic Photovoltaic），也被称为柔性太阳能电池，是一种基于有机化合物的太阳能电池。
有机太阳能电池最早由美国洛杉矶加州大学的Alan J.Heeger教授、日本东京大学的HiroshiImahori教授和英国剑桥大学的Richard H.Friend教授等人在1980年代中期独立发现，并于1990年代进一步研发，成为了当今太阳能电池领域的一个重要子分支。
有机太阳能电池的特点主要包括以下几个方面：1. 柔性性能：由于有机太阳能电池基于塑料等柔性材料制成，可以具备出色的柔性性能，可以被弯曲、拉伸、折叠，使其在一定程度上可以适应各种不同的形状需求。
2. 轻薄透明：有机太阳能电池通常是透明、轻薄的，这些特点使得它在未来的各种领域都有广泛的运用前景。
3. 成本低廉：相比于传统的硅基太阳能电池，有机太阳能电池的成本较低，这使得它可以通过消费性电子产品市场进一步推广。
4. 可降解性：与传统的硅基太阳能电池不同，有机太阳能电池由于使用的材料是有机化合物，因此可以通过类似于生物降解的方式进行回收和再利用，具备更好的环保性能。
有机太阳能电池在不同的应用领域都有着广泛的前景。
自从有机太阳能电池提出以来，各种新的有机材料都被用来制造有机太阳能电池。
目前，有机太阳能电池主要被应用于以下几个方面：1. 可穿戴电子：有机太阳能电池可以被应用于可穿戴电子设备，例如智能手表和健康监测器等。
通过柔性性和轻薄透明的特点，有机太阳能电池可以制成更为方便舒适的可穿戴电子产品。
2. 智能家居：有机太阳能电池也可以被应用于智能家居产品，例如电动卷帘和智能窗帘等。
通过其柔性性能和轻薄透明的特点，有机太阳能电池可以被制成更为方便好用的智能家居电子产品。
3. 农业领域：有机太阳能电池可以被应用于农业领域，例如可移动太阳能灯塔，可以为农村地区提供光照和电力服务。
总体来说，有机太阳能电池目前的技术发展尚处于探索和研究阶段，但是它的柔性性能和成本优势使其在消费电子、智能家居和农业领域等方面具备广泛的应用前景。
有机太阳能电池的结构和基本工作原理
有机太阳能电池是一种新型的太阳能电池技术，其结构和基本工作原理如下：
1. 结构：
有机太阳能电池由多层薄膜组成，包括透明导电玻璃基底、导电层、有机半导体薄膜、阳极和阴极层等。
2. 基本工作原理：
（1）太阳光吸收：有机太阳能电池中的有机半导体薄膜主要
起到吸收光能的作用，这些有机材料能够吸收较宽的光谱范围，包括可见光和红外光。
（2）载流子产生：当有机半导体吸收光能后，光能会激发材
料内部的分子，产生自由的电子和空穴（缺电子的位置）。
（3）电荷分离：产生的电子和空穴会被电场分离，电子朝阳
极流动，而空穴朝阴极流动。
这个过程主要依靠有机材料中的界面和电场效应。
（4）电流输出：通过电连接，阳极和阴极之间的电子流就可
以形成一个电流。
这个电流可以用来进行电力输送或供电。
需要注意的是，有机太阳能电池虽然具有制造成本低、制备过程简单等优势，但其效率相对较低，通常在光电转换效率上还有待改进。
有机化合物太阳能电池随着全球能源需求量的逐年增加,能源问题成为世界各国经济发展遇到的首要问题。
太阳能作为一种绿色能源,取之不尽,用之不竭,是各国科学家开发和利用的新能源之一.1954年,美国的贝尔研究所成功地研制出硅太阳能电池,开创了光电转换研究的先河。
之后关于太阳能电池的研究迅速发展起来, 最初主要集中于以单晶硅为活性材料的无机太阳能电池。
20世纪90年代又发展了砷化镓、碲化镉以及叠层GaInP/GaAs/Ge等器件,它们由单晶、多晶或非晶薄膜构成。
由于无机太阳能电池原料成本高,生产工艺复杂和窄带隙半导体的严重光腐蚀使太阳能发电不能大面积推广。
要使太阳能发电得到大规模应用,就必须降低成本。
有机半导体材料是最为廉价和最有发展潜力的太阳能电池材料,其优势表现为: 一方面,由于有机材料合成成本低,功能和结构易于调制,柔韧性及成膜性都较好；另一方面,由于有机太阳能电池加工过程相对简单,可低温操作,器件制作成本也随之降低。
除此之外,有机太阳能电池的潜在优势还包括:可实现大面积制造、可使用柔性衬底、环境友好、轻便易携等,有望应用在手表、便携式计算器、玩具、柔性可卷曲系统等体系中为其提供电能。
1.有机太阳能电池简介1.1有机太阳能电池基本原理太阳能电池的基本原理是基于半导体异质结或金属半导体界面附近的光伏效应,所以又称为光伏电池。
当光子入射到光敏材料时,激发材料内部产生电子和空穴对,在静电势能作用下分离,然后被接触电极收集,这样外电路就有电流通过. 有机太阳能电池利用的也是光伏效应。
在太阳光的照射下有机材料吸收光子,如果该光子的能量大于有机材料的禁带宽度E,就会产生激子(电子空穴对)。
激子的结合能大约为0.2～1.0eV,于相应的无机半导体激发产生的电子空穴对的结合能,因此激子不会自动解离。
两种具有不同电子亲和能和电离势的材料相结触,接触界面处产生接触电势差,可以驱动激子解离。
单纯由一种纯有机物夹在两层金属电极之间制成的肖特基电池效率很低，后来将p型半导体材料(施主Donor)和n型半导体材料(受主Acceptor)结合,发现两种材料界面处激子的解离非常有效,这就是通常所说的p-n异质结型太阳能电池。
有机太阳能电池之阳早格格创做纲要有机太阳能电池果具备成本矮、量沉、柔韧性佳、可大里积印刷制备的便宜而受到广大闭注，对于电池本理，结构，资料的钻研对于普及有机太阳能电池的本能有要害意思.本文主要综述了有机太阳能电池的处事本理，电池结构以及电极资料.并对于有机太阳能电池的应用前景搞了预测.闭键词汇本理；结构；资料；应用前景有机太阳能电池，瞅名思义，便是由有机资料形成核心部分的太阳能电池.主假如以具备光敏本量的有机物动做半导体的资料，以光伏效力而爆收电压产死电流, 真止太阳能收电的效验.由于无机硅太阳能电池的资料死产成本下，传染大、能耗下，觅找新式太阳能电池资料战矮成本制制技能便成为人们钻研太阳能电池技能的目标 .有机太阳能资料战电池制备技能有视成为矮成本制制的采用之一 .天下上第一个有机光电变化器件是由Kearns战Calvin 正在1958年制备的，其主要资料为镁酞菁（MgPc）染料，染料层夹正在二个功函数分歧的电极之间.1986年，止业内出现了一个里程碑式的突破——有机半导体的收明.器件的核心结构是由四羧基苝的一种衍死物（PV）战铜酞菁（CuPc）组成的单层膜.单层膜的真量是一个同量结，其思路是用二种有机半导体资料去模仿无机同量结太阳能电池.1992年，土耳其人Sariciftci正在好国创制，激励态的电子能极快天从有机半导体分子注进到C60分子中，而反背的历程却要缓得多.1993年，Sariciftci正在此创制的前提上制成PPV/C60单层膜同量结太阳能电池.随后，钻研人员正在此类太阳能电池的前提上又提出了一个要害的观念：混同同量结（体同量结）.而所谓“混同同量结”，便是将给体资料战受体资料混同起去，通过共蒸大概者旋涂的要领治成一种混同薄膜.给体战受体正在混同膜里产死一个个简朴组成的天区，正在所有位子爆收的激子，皆不妨通过很短的路径到达给体与受体的界里（即结里），进而电荷分散的效用得到了普及.正在有机半导体资料中，分子之间惟有很强的范德华效用力，不克不迭产死连绝的能戴，电子被光激励后只可停顿正在本分子轨讲内，不克不迭变化到其余分子上.果此，有机分子正在光激励后会产死较为宁静的空穴-电子对于，亦即激子.既然激子是不分散的空穴-电子对于，要真止光电变化，便要将那一对于空穴与电子分散启.正在有机太阳能电池中，激子的分散表示着电子从一个分子变化到另一个分子上，从化教角度瞅，便是爆收了氧化还本反应.：1)电子给体吸支进射光，产死激子；2)激子扩集到电子给体与电子受体的界里上；3)激子正在给体/受体的界里上被分散（即爆收氧化还本反应）；4)分散后的电子战空穴被传导到阳极战阳极上.图1: 有机同量结型太阳能电池的能级结构（a) 战处事本理（b)有机小分子太阳能电池资料皆具备一定的仄里结构, 能产死自组拆的多晶膜. 那种有序排列的分子薄膜使有机太阳能电池的迁移率大大普及. 罕睹的有机小分子太阳能资料有并五苯、酞菁、亚酞菁、卟啉、菁、苝战C60 等.并五苯是五个苯环并列产死的稀环化合物,是制备散合物薄膜太阳能电池最有前途的备用资料之一. 酞菁具备良佳的热宁静性及化教宁静性, 是典型的p 型有机半导体, 具备离域的仄里大π 键, 正在600～800nm 的光谱天区内有较大吸支.卟啉具备良佳的光宁静性, 共时也是良佳的光敏化剂. 苝类化合物是典型的n 型资料,具备电荷传输本领, 其吸支范畴正在500 nm 安排C60 分子中存留的三维下度非定域电子共轭结构,使得它具备良佳的电教及非线性光教本能, 其电导率为10－4 S/cm, 成为同量结电池中使用最多的小分子电子受体资料图2：罕睹小分子资料结构图3.2 有机大分子化合物正在往日的几十年间，人们将具备半导体本量的有机大分子化合物（共轭散合物）制成百般光电器件，对于电致收光二极管举止了钻研，鉴于共轭散合物的有机太阳能电池从20世纪90年代起得到了赶快的死少.富勒烯衍死物由于C60特殊笼形结构及功能, 将 C60动做新式功能基团引进下分子体系, 得到具备导电性战光教本量劣同的新式功能下分子资料. C60引进下分子的主链、侧链, 产死富勒烯的衍死物通过改良的C60,PCBM ([6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯)具备较佳的溶解性,被广大应用于散合物器件中.图3：一些富勒烯衍死物的结构图散对于亚苯基亚乙烯及其衍死物散对于亚苯基亚乙烯[poly(phenylene vinylene), PPV]及其衍死物是连年去广大钻研的一类共轭散合物资料, 常常动做给体. 代表性资料是MEH-PPV, 具备较佳的溶解性, 禁戴宽度(2.1 eV)适中. MEH-PPV 的空穴迁移率下, 但是电子迁移率较矮.图4：一些 PPV 衍死物的结构图散噻吩及其衍死物散噻吩(PTh)及其衍死物是良佳的导电散合物, 也是连年去正在有机太阳能电池中广大钻研的一类给体资料.噻吩类资料不妨“头尾贯串”产死有序薄膜, 进而具备较下的迁移率, 有好处载流子的传输.薄膜死少速度缓时, 自构制程度下,迁移率下.其余, 热处理不妨革新含噻吩类活性资料的薄膜形貌战减少结晶度等使ηp 普及.溶剂对于噻吩薄膜本能也有一定的效用.图5：一些散噻吩衍死物的结构图含氮共轭散合物含氮的共轭散合物也是一类较罕睹的有机太阳能电池资料, 主要包罗散乙烯基咔唑(PVK)、散吡咯(PPy)战散苯胺(PAn). 散乙烯基咔唑(PVK)侧基上戴有大的电子共轭体系, 不妨吸紫中光, 激励出的电子不妨通过相邻苯环产死的电荷变化复合物自由迁移. 散吡咯(PPy)具备电导率下, 易于制备及掺杂、宁静性佳、电化教可顺性强的个性图6：含氮共轭散合物的结构图散芴及其衍死物散芴及其衍死物由于具备佳的宁静性战下的收光效用而引起人们的广大兴趣.由于散芴中含有刚刚性仄里结构的联苯,所往常往表示出佳的光宁静性战热宁静性.其光电本能的钻研也从收光资料拓展到了太阳能电池资料.由于杂粹的散芴不但是溶解性好,而且是蓝光资料,能隙较宽,战太阳光谱不克不迭很佳的匹配,所以对于散芴的钻研往往集结正在溶解性战能隙的调控上.图7：一些散芴衍死物的结构图动物的叶绿素可将太阳能变化为化教能的闭键一步是叶绿素分子受到光激励后爆收电荷分散态，且电荷分散态寿命少达1s.电荷分散态存留时间越少越有好处电荷的输出.好国阿我贡国家真验室的处事人员合成了具备如下结构的化合物C-P-Q.卟啉环吸支太阳光，将电子变化到受体苯醌环上，胡萝卜素也不妨吸支太阳光，将电子注进卟啉环，末尾正电荷集结正在胡萝卜素分子，背电荷集结正在苯醌环上，电荷分散态的存留时间下达4ms.卟啉环对于太阳光的吸支近大于胡萝卜素.如果将该分子制成极化膜附着正在导电下分子膜上，便不妨将太阳能变化为电能.图8：一种新叶绿素化合物结构图4.1 单层 Schottky 结构单层Schottky 结构有机太阳能电池是由单层的有机半导体资料嵌进正在二个电极之间形成的.由于二个电极功函数分歧，有机半导体与具备较矮功函数电极之间将产死Schottky 势垒（能戴蜿蜒天区W），即内修电场.光照下，有机半导体资料吸支光后爆收激子.由于较大的库仑力使得那些激子不克不迭分散成自由电子战空穴.由于有机半导体内激子的扩集少度普遍皆很小，惟有扩集到Schottky势垒附近的激子才有机会被分散，所以单层Schottky结构电池的能量变换效用很矮，正在暂时的有机太阳能电池钻研中很少再使用那种结构.图9：单层 Schottky 有机太阳能电池的结媾战处事本理4.2 单层同量结结构正在单层光伏器件中，给体战受体有机资料分层排列于二个电极之间，产死仄里型给体-受体界里. 而且阳极功函数要与给体 HOMO 能级匹配；阳极功函数要与受体 LUMO 能级匹配，那样才有好处电荷支集.单层同量结结构中激子分散的驱能源是给体资料战受体资料的LUMO 能级之好，即激子正在给体战受体界里的LUMO 能级之好的效用下分散，其电荷分散效用较下，自由电荷沉新复合的机会也较矮.与单层器件相比，单层器件的最大便宜是共时提供了电子战空穴传输的资料.当激子正在给体-受体界里分散爆收电荷变化后，电子正在n 型资料中传输至阳极，而空穴则正在 p 型资料中传输至阳极.图10：单层同量结有机太阳能电池的结媾战处事本理4.3 本量混同同量结结构正在本量混同同量结结构电池中，由于纳米尺度界里的存留，大大减少了给体-受体交触里积，使得资料中爆收的激子很简单扩集到给体-受体界里并分散，进而普及了激子的分散效用，使电池本能进一步普及.理念情况下，正在混同同量结电池中电荷的分散与支集是等效的.但是本量上混同体微瞅结构是无序的，搜集间存留洪量缺陷，进而阻拦了电荷的分散战传输.钻研创制，将给体战受体通过共价键连交，不妨很简朴天赢得微相分散的互渗透连绝搜集结构，基天性够克服以上的缺陷.图11：本量混同同量结有机太阳能电池的结媾战处事本理4.4 叠层结构叠层结构电池是将二个大概二个以上的电池单元以串联的办法搞成一个器件，子电池 1 中爆收的空穴战子电池 2 中爆收的电子扩集至连交层并复合，每身材电池中惟有一种电荷扩集至相对于应的电极.叠层结构电池可利用分歧光吸支谱的资料去革新电池对于太阳光的吸支，缩小下能量光子的热益坏，最后普及电池效用.由于串联的叠层电池的启路电压普遍大于子单元结构，其变换效用主要受光死电流的节制.图12：叠层有机太阳能电池的结媾战处事本理p-i-n 结构p-i-n 结构的同量结有机太阳能电池的能量变换效用正在共类电池中是比较下的. p-i-n 结构有机太阳能电池中，p、 i 战 n 分别指 p 型资料层、本征吸支 i层战 n 型资料层.正在p-i-n 型同量结有机太阳能电池中，光吸支战电荷载流子的传输是二个独力的历程.激子分散后，产死的空穴战电子分别通过p 层战n 层传输到电极.通过改变宽戴隙资料层的薄度，不妨使得本征层处于光场最强的位子，不妨普及电池的本能.图13：p-i-n 型同量结有机太阳能电池的结媾战处事本理5.1便宜：（1）与无机太阳能电池使用的资料相比，有机半导体资料的本料根源广大易得、廉价，环境宁静性下，有良佳的光伏效力、资料品量沉、较下的吸支系数（常常>105cm-1）、有机化合物结构可安排且制备提杂加工烦琐、加工本能佳，易举止物理改性等.（2）有机太阳能电池制备工艺越收机动简朴，可采与真空蒸镀大概涂敷的办法制备成膜，还可采与印刷大概喷涂等办法，死产中的能耗较无机资料更矮，死产历程对于环境无传染，且可正在柔性大概非柔性衬底上加工，具备制制里积大、超薄、廉价、浅易、良佳柔韧性等个性.（3）有机太阳能电池产品是半透明的，便于化妆战应用，色彩可选.5．2缺面：（1）有机资料的载流子迁移率普遍皆很矮，与无机资料相比要矮若搞个量级，那对于有机半导体器件的效用有较大效用；（2）有机半导体资料吸支太阳光波段不宽，绝大部分资料最大吸支波段正在350nm～650nm，而天球表面可吸支的太阳光的能量主要分集正在600nm～800nm，果此吸支光谱与太阳光光谱不匹配，引导光电变换效用矮；如果通过减少激活层的薄度去普及光的吸支，但是共时也会使器件的串联电阻删大激子战载流子的迁移距离减少，短路电流减小，进而引导光电变换效用较矮（3）激子正在半导体薄膜的迁移历程中不可预防的存留着激子复合的益坏，普遍仅离鸿沟大概结面迩去的激子才会爆收光伏电流，使得有机太阳能电池本量变化效用矮下；（4）有机半导体资料正在有氧战火存留的条件下往往是不宁静的且寿命比较短.1、与保守硅电池相比，有机光伏电池更沉薄，正在共等体积的情况下，展启后的受光里积会大大减少.果此，可将有机光伏电池不妨应用于通疑卫星中，普及光电利用率.2、由于其沉薄柔硬易携戴的个性，有机光伏电池不暂将能给微型电脑、数码音乐播搁器、无线鼠标等小型电子设备提供能源.3、正在衣服表层嵌进沉薄柔硬的有机光伏电池与有机收光资料，将太阳能变化为电能并储藏，冬天可收热保温，衣服正在夜间也会收出百般色的可睹光，使人们的衣服越收绮丽.4、将有机光伏电池应用正在柔性隐现器中，其廉价的成本、沉薄、环保、可合叠的本能比其余电池具备更大的劣势.采与有机光伏电池动做电源给OLED屏幕供电，其沉巧本能不妨减少沉量.5、正在军事圆里，有机太阳能电池与OLED技能的分散可用于集多种通讯本领于一体的护腕式通讯设备，真时瞅瞅视频战图形疑息，便于军队举止家战评估.参照文件[1]刘小青、王坐，有机太阳能电池应用前景预测[J]，能源钻研与管制 2010( 4 )[2] 弛剑，有机太阳能电池结构钻研收达[J], 电子元件与资料 Vol.31 No.11Nov. 2012[3] 弛天慧、朴玲钰，有机太阳能电池资料钻研新收达[J], 有机化教 Vol. 31, 2011No. 2, 260～272[4] 庄陶钧、刘亚东，有机太阳能电池技能及商场预测[J]，光机电疑息 Vol.27 No.8Aug. 2010。
2 有机太阳能电池综述2.1有机太阳能电池材料简述对于有机太阳能电池材料可以简单地分为两类，一类是小分子材料，另一类是聚合物材料。
严谨一些的分法可以大致分为以下五类：⑴有机小分子化合物；⑵有机大分子化合物；⑶D-A二元体系；⑷模拟叶绿素分子结构材料；⑸有机无机杂化体系。
但鉴于本论文的工作内容和研究深度，在这里只对前面简单分类作主要介绍。
2.1.1小分子材料有机小分子光电转换材料大部分是一些含共轭体系的染料分子，它们能够很好地吸收可见光从而表现出很好的光电转换性质。
它们具有化合物结构可设计性、材料质量轻、生产成本低、加工性能好、便于制备大面积太阳能电池等优点。
主要的小分子材料有酞菁[3]、卟啉[4-6]和苝菁[7，8]等，现简单介绍如下：酞菁类化合物是典型的p型有机半导体，具有离域的平面大π键，600~800nm 的光谱区域内有较大吸收。
其合成已经工业化，是太阳能电池中很受重视、研究得最多的一类材料。
这几十年来，人们主要研究了从金属酞菁在金属电极尤其是铂电极上的光电效应，探讨了如中心金属离子、掺杂及环境气氛等影响金属酞菁光伏效应的多种因素，到金属酞菁在无机半导体如ZnO、CdS、SnO2等上面的光伏效应。
卟啉由4个吡咯环通过亚甲基相连形成的具有18个π电子的共轭大环化合物，其中心的氮原子与金属原子配位形成金属卟啉衍生物。
卟啉和金属卟啉都是高熔点的深色固体，多数不溶于水和碱，但能溶于无机酸，溶液有荧光，有非常好的光、热稳定性。
卟啉体系最显著的化学特性是其易与金属离子生成1:1配合物，卟啉与元素周期表中各类金属元素（包括稀土金属元素）的配合物都已经得到。
苝属于n型半导体材料，其吸收范围在500nm左右，其在可见光区有强吸收。
单线态电子从染料注入半导体的导带的速度通常比三线态快。
菁染料是一种双极性分子，属p型半导体，是良好的光导体，在溶液中具有良好的溶解度。
在光激发下，份菁分子的电荷分离效率较高。
不过，菁染料存在稳定性差的缺陷。
此外，其它有机小分子材料还有：方酸类化合物[9,10]、罗丹明、并四苯等。
2.1.2聚合物材料用于太阳能电池的聚合物首先必须是光电导高分子，聚合物的微观结构（分子链）和宏观结构（结晶和形态）都对光电性能有影响。
光电导性聚合物的分子结构特征是含有π电子共轭体系；其分子量影响着共轭体系的程度；其空间立构规整度效应，譬如顺式聚乙炔没有光电效应，反式聚乙炔有光电效应。
凝聚状态（非晶和结晶）、结晶度、晶面取向和结晶形态都影响着光电流的大小。
主要的聚合物材料有聚噻吩（PTh）、聚对苯乙烯（PPV）[11]、聚乙烯基咔唑（PVK）[12]等，现分别介绍如下：聚噻吩（PTh）类化合物一般有良好的溶解性，可用来制备光电功能薄膜。
作为电子给体和空穴传输体的共轭聚合物，聚噻吩类衍生物具有较高的空穴迁移率，并且可以通过简单的主链上的取代反应来修饰聚合物，使其隙值降低，低带隙值使聚合物的吸收近红外区，与太阳光谱相匹配。
聚噻吩类化合物有较高的光化学稳定性，因此在有机太阳能材料方面应用很广泛。
3-己基噻吩的聚合物P3HT是一种3-己基噻吩的聚合物，主要用于有机薄膜晶体管和有机太阳能电池，该聚合物再80年代被合成后，发展非常迅速，目前由P3HT和PCBM 共同组成的有机太阳能电池效率已经达到5%以上。
本论文中主要就是针对P3HT：PCBM结构进行器件的制备和性能的表征。
聚对苯乙烯（PPV）有着非常优良的光电性能，它的合成与修饰就成为大家所关注的目标。
MEH-PPV是一种应用广泛的PPV的衍生物，可溶性较好，其禁带宽度大约为2.1 eV，具有较强的吸收峰及吸收系数，在吸收峰最大值时200 nm 厚的薄膜吸收就达到90％。
聚乙烯基咔唑（PVK）侧基上带有大π电子共轭体系，是一种容易结晶的聚合物。
PVK在暗处是绝缘体，而在紫外光照射下其电导率则能得到较大提高。
PVK 的电导率随压力而增加，其光导作用光谱与吸收光谱基本一致，光电导阈值在370 nm。
其光生载流子主要是通过激子机理而产生，其光量子产率依赖于电场强度，也可以通过光引发从电极注入载流子。
2.1.3电极材料为了提高电子的传输效率，要求选用功函数尽可能低的材料作阴极；为了提高空穴的传输效率，要求选用功函数尽可能高的材料作阳极。
电极材料因为对于半导体的LUMO/HOMO能级和费米能级确定电极是否与电子、空穴（价带空穴，导带电子）形成欧姆接触或阻断接触有较大影响，所以其重要性不可忽略。
阴极材料主要有：单层阴极材料，一般是功函数低的金属如Ag、Mg、Al、Li、Ca、In等。
其中最常用的是Al；合金阴极，可以提高器件量子效率和稳定性，还可以在有机膜上形成稳定坚固的金属薄膜；层状阴极，使得电子传输性能比纯单层阴极材料电极有很大的提高；掺杂复合型阴极。
阳极材料一般采用高功函数的半透明金属（如Au）、透明导电聚合物（如聚苯胺）和ITO（氧化铟锡，indium-tin-oxide）导电玻璃。
最普遍采用的阳极材料是ITO，本论文中所有制备的器件都是以ITO作为阳极，氧化铟锡（ITO）由In2O3（90％）和SnO2（10％）的混合物构成，其带隙为3.7 eV，费米能级在4.5~4.9 eV 之间。
ITO在400~1000 nm波长范围内透过率达80％以上，并且在近紫外区也有很高的透过率。
具体的ITO性能及处理将在实验部分详细叙述。
2.2有机太阳能电池工作原理及其等效电路简述在传统的无机硅光伏电池中, 入射太阳光被吸收后直接产生可自由移动的电子和空穴, 它们在p-n结本征电势的驱动下分别被输送到阴极和阳极, 然后通过外电路完成循环而做功[13].太阳能电池的工作原理是基于半导体的异质结或金属半导体界面附近的光生伏打效应，所以太阳能电池又称为光伏电池。
其过程为当光被吸收后，一个电子被从最高占用分子轨道（HOMO）激发到最低未被占用分子轨道（LUMO）从而形成了一个激子。
在一个光伏器件中，在这一过程之后一定是激子分离过程。
然后电子一定要到达一个电极（一般是阴极）同时空穴必须到达另一个电极（一般是阳极）。
为了取得电荷分离就需要一个电场，它由电极的不对称的电离能／功函数所提供。
这种不平衡是电子流为什么更喜欢从低功函数电极流向高功函数电极的原因。
当电子运动到阴极同时空穴运动到阳极，这时外电路中就有电流通过。
光电导的基本过程可以概括为：⑴光激发；⑵光生载流子生成；⑶光生载流子迁移。
需要重视的是，当光照射到所选用的材料上时，只有光子的能量大于该材料的禁带宽度时，才有可能把价带上的电子激发到导带去，使价带产生空穴。
太阳能电池的等效电路是理解太阳能电池的有效方式。
[14]理想的太阳能电池等效电路如图2.1所示，由一个恒流发生器、一个二极管以及一个电阻R并联组成。
恒流发生器表示电池受光照时产生光电流I L 的能力，通过p-n 结的结电流I D 用二极管表示。
图2.1 理想太阳能电池等效电路Fig. 2.1 Ideal equivalent electric-circuit of Solar cells这个等效电路的物理意义是：太阳能电池受到光照后产生一定的光电流I L ,其中一部分用来抵消结电流I D ,另一部分为供给负载的电流I R 。
其端电压V 、结电流I D 以及工作电流I 的大小都与负载电阻R 有关，但负载电阻并不是唯一的决定因素。
这样，I 的大小为：D L I I I -=根据Shockloy 的扩散理论，二极管结电流I D 可以表示为)1(-=KT qVjD e Io I式中q ——电子电荷（1.6×1019C ）；Vj ——结电压；T ——绝对温度；K ——玻耳兹曼常数；I 0——反向饱和电流，指在黑暗中通过p-n 结的少数载流子的空穴电流和电子电流的代数和。
将上两式合并，得)1(--=KT qVjO L e I I I光电流密度J L （光电流I L 除以光电池面积）可表示为)(g c L E N q J η=式中q ——电子电荷；ηc——收集效率；N(Eg)——能量超过Eg的光子流，与入射总光强成正比，即光生电流与入射总光强成正比。
2.3太阳能电池的几个重要特性[14,15]太阳能电池的特性可大致分为：光伏器件特性，如光谱特性、照度特性；半导体器件特性，如输出特性、温度特性、二极管特性等。
太阳能电池的输出特性也就是指通常用来描述太阳能电池的伏安特性曲线（包括开路电压、短路电流、填充因子）。
以下就太阳能电池的光谱响应特性、伏安特性等作简单的介绍。
2.3.1太阳能电池的光谱响应特性光谱响应特性是指太阳能电池对某些特定波长的光，能给出最大的电流，产生最佳的响应。
也就是说，在阳光照射激发作用下，太阳能电池所收集到的光生电流与到电池表面上的入射波长有着直接的关系。
光谱特性的测量是用一定强度的单色光照射太阳能电池，测量此时的短路电流I SC；然后依次改变单色光的波长，再重新测量电流。
光谱响应曲线有时候称为量子效率（外量子效率）曲线，也可以用收集效率（内量子效率）曲线来表示。
二者并不一致，一般来说，量子效率（外量子效率）是指入射多少光子数产生多少电子的比率，即入射到电池上的每个光子产生的电子－空穴对或少数载流子的数目；而收集效率（内量子效率）是指吸收多少光子产生多少电子的比率，即在电池中被吸收的每个光子产生的电子空穴对或少数载流子的数目。
能量转换效率是输入多少的光能够产生多少电能的比率数。
由于入射的光子不一定都被吸收，产生的电子不一定都产生电能，因此一般而言，内量子效率最高，而能量转换效率最低，但它们都是可以测量或计算的。
在太阳能电池中，只有那些能量大于其材料禁带宽度的光子才能在被吸收时在材料中产生电子－空穴对，而那些能量小于禁带宽度的光子即使被吸收也不能产生电子－空穴对（它们只是使材料变热）。
这就是说，材料对光的吸收存在一个截止频率（长波限）。
并且当禁带宽度增加时，被材料吸收的总太阳能就越来越少。
对太阳辐射光线来说，能得到最好工作性能的半导体材料，其截止波长应在0.8 μm以上，包括从红色到紫色全部可见光。
每种太阳能电池对太阳光线都有其自己的光谱响应曲线。
它表示电池对不同波长的光的灵敏度（光电转换能力）。
太阳能电池的光谱响应特性在很大程度上依赖于太阳能电池的设计、结构、材料的特性、结的深度和光学涂层。
使用滤光膜和玻璃盖片可以进一步改善光谱响应。
太阳能电池的光谱响应随着温度和辐照损失而变化。
2.3.2太阳能电池的伏安特性曲线太阳能电池在短路条件下的工作电流称为短路光电流（I SC）。
而且，短路光电流等于光子转换成电子－空穴对的绝对数量。
此时，电池输出的电压为零。
太阳能电池在开路条件下的输出电压称为开路光电压（V OC）。
此时，电池的输出电流为零。
