BB1117-5.0

   雙層異質結器件

   在雙層光伏器件中,給體和受體有機材料分層排列于兩個電極之間,形成平面型D-A界面。其中,陽極功函數要與給體HOMo能級匹配,陰極功函數要與受體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生的能帶彎曲和其他界面效應。

    圖4,14 雙層異質結器件工作原理

    (al器件結構;lb)能級示意圖

    在雙層異質結器件中,光子轉換成電子有以下幾個步驟。①材料吸收光子產生激子:當入射光的能量大于活性物質的能隙(Eg)時,活性物質吸收光子而形成激子;②激子擴散至異質結處;③電荷分離:激子在異質結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,經過傳輸到達相應的電極,進而被收集和引出。

    雙層異質結器件中電荷分離的驅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(大于激子的結合能),激子的解離就較為有利:電子會轉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,雙層器件的最大優點是同時提供了電子和空穴傳輸通道。當激子在D-A界面產生電荷轉移后,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,自由電荷重新復合的機會也降低。