聚合物太阳能电池简介

    最近,台湾新竹清华大学的Liao等人凭借基于PTB7改进的新型聚合物电池,将公开报道中单结聚合物太阳能电池的最高能量转换效率刷新到了 9.35%的新记录。最近几年,更多致力于将有机太阳能电池商业化的工作着眼于简化制造工艺,增强器件的稳定性和在不同地区,不同环境下的使用寿命方面[7]。对有机太阳能电池来说,近年来的快速发展引发了人们对这一体系可能达到的最髙效率的浓厚兴趣。早在1961年,Shockley和Queisser通过理论研究证明,无机半导体太阳能电池的能量转换效率的极限值约为30%,通过采用多结形式和聚光形式等方法,无机太阳能电池的实际效率巳非常接近这一数值。

     有机太阳能电池和无机太阳能电池之间的一个主要区别在于有机太阳能电池中产生的是紧束缚的激子(电子一空穴对),这种情况是有机太阳能电池中有源层材料较低的介电常数造成的。这类紧束缚的激子被称为Frenker激子,其束缚能通常在0.3-1 eV之间。如此大的束缚能会阻止激子在电场的作用下离化。对有机电致发光器件来说,这种现象降低了激子进入无辐射衰减轨道的几率,保证了电致发光的高效率。而对有机太阳能电池来说,这使得光电转化的过程相比无机太阳能电池需要增加一个步骤。因此有机太阳能电池中光生激子在分离时存在一定的能量损失,一般为0.3-0.4 eV,这一特性使得研究者通常认为其理论最高效率应当低于无机太阳能电池。一般认为,异质结中给体的最低未占据分子轨道(LUMO)和受体的最高占据分子轨道(HOMO)之间的能量差就是Frenkd激子解离的驱动力。真正限制有机太阳能电池效率的因素看似十分简单,实际却非常复杂,有必要针对这个问题进行深入的讨论。