有機材料通過給-受體的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了從光能到電能的光電轉(zhuǎn)換過程。相比于無機太陽能電池,有機太陽能電池具有柔性,易制作,低成本等諸多優(yōu)勢,但是光電轉(zhuǎn)換效率較低一直是制約其推廣的重要因素。解決這一問題需要進一步理解有機光電轉(zhuǎn)換的物理機制。一般來說,有機光電轉(zhuǎn)換過程主要分為四個步驟:1、材料吸收光子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)產(chǎn)生電子空穴對;2、電子空穴對遷移到給-受體的界面上;3、電子空穴對發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移態(tài);4、電荷轉(zhuǎn)移態(tài)進一步解離,最終形成自由的電子和空穴。本文重點關(guān)注了有機光電轉(zhuǎn)換過程中的關(guān)鍵步驟1和3中的量子相干性。在自然界中光合作用體系中的量子相干性被發(fā)現(xiàn)后,如何利用量子相干性提高有機光電轉(zhuǎn)換的效率成為領(lǐng)域研究的重點。步驟1中,傳統(tǒng)觀點認為由于熱弛豫的存在,材料吸收大于帶隙的光子最終也只能提供等于帶隙的能量。而考慮具有量子相干性的單線態(tài)分裂過程后,高能量的單線態(tài)激子能在超快時間尺度內(nèi)轉(zhuǎn)換為兩個低能量的三線態(tài)激子。這一多激子產(chǎn)生的過程能夠有效減小體系中的熱損失,具有打破單節(jié)太陽能電池效率極限的潛力。步驟3中,由于有機材料中光生電子空穴的庫倫束縛能較大,設(shè)計器件時一般會選擇0.3 e... 

【文章來源】：南京大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：133 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

(a)體異質(zhì)結(jié)太陽能電池基本結(jié)構(gòu);(b)光電轉(zhuǎn)換基本物理過程”

??一般來說，光電轉(zhuǎn)換過程主要分為四個步驟２１?（如圖１．１（ｂ））：第一步，材料??吸收光子形成電子空穴對（激子）；第二步，激子擴散到給受－體或者ｐ－ｎ結(jié)的界??面上；第三步，發(fā)生電荷分離；第四步，電荷分離后形成的自由的電子和空穴被??電極收集，形成光電流。在無機材料中，光生激子的庫倫束縛能較小，一般在??１０?ｍｅＶ量級，在室溫下可以被熱運動的能量克服，因而十分容易分離為自由電??荷。同時無機材料中電子和空穴的遷移率較高，擴散長度在微米量級，界面間分??離的電荷可以很容易的擴散到電極表面被電極收集，因而具有較高的光電轉(zhuǎn)換效??率。在有機半導(dǎo)體中，材料吸收一個光子將最高占據(jù)分子軌道（ＨＯＭＯ）上的電??子激發(fā)到最低未占據(jù)分子軌道（ＬＵＭＯ）形成一個單線態(tài)激子。由于有機材料中??電子和空穴的波函數(shù)有非常大的重疊

圖ｉ．４：多節(jié)太陽能電池示意圖３５??突破Ｓ－Ｑ極限的方法有很多種３６＿３８，其中最簡單的一種思路是采用很多中不??同能隙材料組合在一起形成一個多節(jié)太陽能電池３４３５３＜ＭＣ）（圖１．４）。在這種情況??５??


本文編號：3380035