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   激子解離(電荷的轉移和分離)

   除了要求活性材料有較高的太陽光譜吸收能力,有機光伏器件中激子解離過程也是決定器件效率的重要因素。因為吸收了一個光子后的有機分子,產生相互關聯的電子空穴對tFrenkel激子),它們之間的相互作用力較大,需要在較強的電場下,才能解離成光伏器件的最終產物:自由電荷。例如,將電子空穴對在空間上分開1111n,所需要克服的庫侖結合能通常約為0.5eV。

   較大的束縛能,使有機物中的激子在室溫下的熱能不足以將光生激子解離為自由電荷?Ｍ��?與無機物相比,有機光伏器件中激?擁氖倜�和扩散�?/span>度也比較短:有機物激子的擴散長度大約為5~20nm,這個值相對于無機物的擴散長度(≥1um),或者相對于器件中有機薄膜厚度(≥100nm)要小得多。這些特點不但限制了有機光伏器件中的活性有機薄膜的厚度,還限制了激子的解離。

   通常情況下,有機光伏器件中需要一個有效的電子受體來協助強束縛力激子中電子的轉移,即有機電池結構中通常要存在給體/受體界面。兩個材料在界面處LUMO能級的差別形成了內建電場,驅動激子中電荷的轉移。如圖4,10所示,對于有機給體/受體①/A)器件,給體D吸收光后,一個電 子由HOMo躍遷至LUMo,形成激子(DⅡ)。通常激子的能量比給體的能隙(HOMoˉLUMO gap)低大約0,1~1eV(即激子的結合能)。如果受體分子A存在于附近,DⅡ中處于LUMO中的電子有機會轉移到受體A的LUMO中,產生電荷分離并形成電荷轉移態。電荷轉移態是由給體的HOMo和受體的LUMo組成,具有的能量。