太陽能聚合物電池工作原理

太陽能聚合物電池的工作原理，當(dāng)具有合適能量的光子通過ITO玻璃照射到光敏活性層上時(shí)，光敏活性層上的給體或受體材料吸收光子產(chǎn)生激子，然后激子擴(kuò)散到給體/受體界面并且在那里發(fā)生電荷分離，進(jìn)而在給體上產(chǎn)生空穴和在受體上產(chǎn)生電子，然后空穴沿給體傳遞到陽極并被陽極收集，電子沿受體傳遞到陰極并被陰極收集，最終產(chǎn)生光電流和光電壓。

基于給體/受體方式的太陽能聚合物電池的光伏效應(yīng)示意圖

給體和受體材料的吸光性能、給體的空穴遷移率，受體的電子遷移率，以及其最高占有軌道（HOMO）和最低空軌道（LLUMO）能級(jí)的位置對有機(jī)光伏器件的性能有著很重要的影響。對于電子能級(jí)而言，給體材料應(yīng)該具有比較高的LUMO和HOMO能級(jí)，而受體材料卻應(yīng)該具有較低的LUMO和HOMO能級(jí)，這樣才能保證在給體/受體界面上、給體中激子在LUMO能級(jí)上的電子可以自發(fā)地傳遞到受體的LUMO能級(jí)上，受體中激子在HOMO能級(jí)上的空穴可以自發(fā)地傳遞到給體的HOMo能級(jí)上，從而實(shí)現(xiàn)電荷的分離。

簡而言之，聚合物太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換可以簡化為以下4個(gè)過程：

太陽能聚合物電池的工作機(jī)理圖

（1）給體受到光激發(fā)產(chǎn)生激子，

（2）激子擴(kuò)散到D/A界面

（3）激子在D/A界面分離形成一個(gè)電子-空穴對

（4）自由載流子在外部電極運(yùn)輸和收集。

太陽能聚合物電池的結(jié)構(gòu)

如圖所示：本體異質(zhì)結(jié)型聚合物太陽能電池器件的組成：下層是IT0玻璃作為正極，上層是Ca/A1等金屬電極作為負(fù)極，中間是由共聚合物給體材料和富勒烯衍生物（PCBM）受體材料的共混膜作為光活性層。其中，共輒聚合物的結(jié)構(gòu)對聚合物太陽能電池的效率有著關(guān)鍵的影響。