B6150H1

   電荷的輸運與收集

   激子在給體/受體的界面完成光誘導電荷轉移后,發生電荷解離,得到自由電荷:電子在受體中,空穴在給體中。這些載流子必須在有機層中輸運至正負電極,才能被收集。由于有機材料中載流子的定域性,電荷通過躍進模式或者擴散作用進行輸運,最終達到電極并被收集而產生光電流。應該指出,自由電荷在向電極傳輸的過程中,重新復合的機會較低,但是還是有可能的。因此體系中存在著自由電荷傳輸與重新復合成激子的競爭。亦即在p型和n型半導體的界面,可能發生電荷與相反電荷的復合,這一過程包括直接復合、二次復合或雙分子復合。

   有機太陽能電池中自由電荷向電極的傳輸,有兩種驅動力,一是內部的漸變電場,二是漸變的自由電荷濃度,與此相應的載流子運動分別為電荷遷移和電荷擴散。相應地,影響電荷傳輸的因素概括為電荷遷移率r電場強度(③、電荷壽命⑺和電荷擴散系數rD)等。

    載流子輸運的驅動力之一是器件內部的漸變電場,它主要來自于兩個電極功函數的差別。由于有機材料的導電性能通常都不夠理想,在考慮器件的漸變電場時,可將有機太陽能電池近似地視為金屬-絕緣體-金屬(MIM)模型。在經典MIM器件定義下,電極能級與有機層能級排列以及漸變電場的各種情形見圖4.11。圖中,有機半導體內嵌于兩個不同功函數的電極之間。其中,電極用它們的費米能級表示,有機半導體則以HOMO和LLrMo能級表示。圖4,1l⑻代表開路情形,也稱為“平帶情形”。