有机太阳能电池是有机光活性层、阴极、阳极和玻璃组成。有机太阳能电池器件结构如图2一1所示。阴极(Al)和阳极(氧化锢锡ITO)之间，通过旋(SpinCast)方式制作一层有机光活性层，基板则为透明玻璃，太阳光从阳极一侧射入，照射在有机层上，产生的电子和空穴则分别被阴极和阳极所接收。为了提高太阳能电池器件中电子和空穴的输出效率，要求选用功函数尽可能低的材料作为阴极和功函数尽可能高的材料作为阳极。电极材料的选取对于确定电极与有机材料之间是否形成欧姆接触或整流接触有较大影响，所以电极材料的选取对太阳能电池器件的性能具有极为重要的意义，其中最常用的是Al电极，Al的功函数为4.3eV。使用ITO(氧化锢锡hidium一Tin一Oxide)作为电池正极，是由于其比较透明，有利于光入射;同时还具有比较好的导电能力，功函数与聚合物电池能级比较匹配。PEDOT:PSS广泛用于发光器件和太阳能器件中，PEDOT是一种很好的空穴传输材料，具有较低的氧化电势，适中的禁带宽度，具有稳定的氧化态，并且当其被制成薄膜时具有较高的透明度。但是PEDOT是一种难溶的聚合物，这一缺陷严重影响了PEDOT的应用，然而，将PEDOT与水溶高分子电解质PSS聚合掺杂后，这一缺陷可以被克服，从而产生一种水溶聚合物PEDOT:PSS。但是PEDOT:PSS对于大气中的水和氧气相当敏感，暴露在空气中性能会大受影响。

根据有机光活性层结构不同，有机太阳能电池可分为两大类:体异质结太阳能电池和有机小分子双层太阳能电池，两者结构分别如图2一2和2一3所示。双层太阳能电池:优点是将内建场存在的结合面与金属电极隔开，有机半导体和电机的接触为欧姆接触，形成异质结的刀D界面为激子的解离阱，避免了激子在电极上的失活，再者，由于有机半导体之间的化合键，刀D界面的表面态减少，从而降低了表面态对载流子的陷阱作用，缺点是仅允许一定薄层的激子到达电极。

体异质结太阳能电池:优点是将施主受主混合在一起，增大了刀D的接触界面，使大多数激子都能到达刀D界面并解离，缺点是这种网状结构中的两种材料分别与相应的电极连接具有一定的难度。

体异质结太阳能电池

体异质结太阳能能电池常用给体包括聚3一己基曝吩(RR一P3HT)和聚(2一甲氧基，5-(2一乙基一己氧基)一对苯乙炔)(MEH一PPV)等，那么最常用的受体是PCBMORR一P3HT、MEH一PPV和PCBM化学分子结构分别如图2一4、2一5和2一6所示。

聚对苯乙烯(PPV)有着非常优良的光电性能，是目前在发光和太阳能电池领域使用较为广泛的一类聚合物材料，但PPV聚合物材料不溶于任何溶剂，因而加工性能较差。MEH一PPV作为PPV的衍生物，可溶性较好，易于器件制备，其禁带宽度大约2.leV，且具有较强的吸收峰及吸收系数。此外，其它使用的较多的PPV衍生物还有MDMO一PPV和CN一PPV等。

聚曝吩(Polythiophene)类化合物一般有良好的溶解性，可通过旋涂或者喷墨打印的方法来制备光电功能薄膜，简单易行。作为电子给体和空穴传输体的共扼聚合物，聚嘎吩类衍生物具有较高的空穴迁移率，并且可以通过简单的主链上的取代反应来修饰聚合物，使其带隙值降低，而低带隙值会使得聚合物材料吸收近红外区，达到与太阳光谱谱型更好的匹配。如聚3一已基唆吩(P3HT)具有较高的光化学稳定性和空穴迁移率，因此在有机太阳能电池器件制备方面应用广泛。而且聚曝吩的衍生物PEDOT是有机电致发光器件和有机光伏器件制备中重要的空穴传输层以及电极修饰层材料。

PCBM属于N型半导体材料，其作为C6。的一种衍生物具有较好的溶解性，便于旋涂以及丝网印刷，和其它一些C6。的可溶性衍生物如PC70BM都是目前有机太阳能电池中使用较多的受体材料。

有机小分子双层太阳能电池

有机小分子双层太阳能电池常用给体包括酞苦铜(CuPC)、酞著锌(ZnPc)、并四苯和并五苯。而常用受体是富勒烯(C6)。那么CuPc、ZnPc、并四苯、并五苯和C6。化学分子结构如图2一7、2一8、2一9、2一10和2一11所示。

酞著类化合物是典型的P型有机半导体，具有离域的平面大键，在一nm的光谱区域内有较大吸收，使得其具有良好的光电特性，而且其合成己经工业化，是有机小分子太阳能电池中性能较好、研究得比较多的一类材料。比较常用的金属酞蔷是酞著铜(CuPc)和酞著锌(ZnPc)。并五苯(Pentaeene)是一种稠环芳烃，其五个苯环是并行排列的，其平面的形状有利于固态结构中长程有序的形成，而且它具有良的化学和热稳定性，因此其作为有机分子电子器件中一种优异的可选材料，在太阳能电池以及薄膜晶体管和场效应晶体管领域都得到了较为广泛的应用。富勒烯(Fullerene)又称为C60属于N型半导体材料，富勒烯是一系列纯碳组成的原子簇的总称。它们是由非平面的五元环、六元环等构成的封闭式空心球形或椭球形结构的共扼烯。由于具有良好传导电子的特性，C60成为目前有机小分子太阳能电池中使用最广的受体材料。

有机太阳能电池机理

太阳能电池基于光生伏特效应。光生伏特效应是指半导体在受到光照射时产生电动势的现象。太阳能电池按照光电转换机理分类传统太阳能电池和激子太阳能电池。传统太阳能电池中光照射到半导体，产生电子和空穴，然后电荷被PN结内建电场的作用下分离，从而产生光电流。在有机太阳能电池中，光入射后将会产生束缚在一起的电子一空穴对，也就是产生激子，因此相较于无机半导体太阳能电池，有机太阳能电池需要一个使激子解离的过程。有机太阳能电池的一般物理过程，包括有吸收太阳光、产生激子、激子的扩散和解离、电荷的分离与传输、电荷的收集。

无机晶体太阳能电池机理可以利用能带模型解释。由于有机太阳能电池和传统太阳能电池微观结构不同等，推广休克尔方法常用于计算有机半导体能带模型。经典模型理论还常用于定性解释有机材料基本现象[川。肖特基和PN结模型可用于应用于描述固态有机材料光电特性。图2一12和2一13分别描述肖特基有机太阳能电池和PN结有机太阳能电池能带模型。

肖特基型太阳能电池是属于表面势垒光电池。表面势垒光电池的特点是只使用一块并且掺杂一种杂质半导体(N型或P型)，光生伏特效应主要来源于这块半导体的表面势垒区。若按照形成表面势垒的材料区分，表面势垒光电池包括两种类型:一类是全固状态的电池;另一类是电解质/固体电池。全固态电池用金属/半导体(MS)或金属/绝缘体/半导体(MIS)构成，通常称为肖特基势垒太阳能电池。电解质/固体电池用液体/半导体构成，称为电化学光伏电池(EPC)。

MS结构太阳能电池的转化效率比较低，主要是由于这种结构的反向电流主要是由多数载流子的热电子发射所决定。它比少数载流子由体扩散一复合所决定的反向电流大得多。在一定的偏压下，两者有数量级之差。因而，在MS太阳能电池中，体扩散一复合电流可以忽略。

此类太阳能电池的内建电场起源于两个电极的功函数差异或者金属/有机染料接触面形成的肖特基势垒。该电场使得材料吸收光子产生的激子分离，从而产生了正负电子。只有当激子扩散到电极和材料接触处激子才可能分离，一般激子的扩散长度只有1一IOnln，这就限制了该种器件的光电特性。肖特基型有机太阳能电池具有最简单和最廉价的电池结构，表面势垒的形成在低温下进行。

PN结型是由P型半导体和N型半导体形成的光伏器件。有机半导体与电极的接触为欧姆接触。形成异质结的有机/有机界面为激子的离解阱，避免了激子在电极上失活。再者由于表面态减少，减少了表面态对载流子的陷阱作用。用给体/受体异质结结构可以提高激子的分离概率，而且也增宽了器件吸收太阳光谱的带宽。单纯的异质结结构由于接触面积有限，使得产生的光生载流子有限。为了获得更多的光生载流子，必须扩大异质结结构的接触面积。

肖特基型有机太阳能电池中，低功函数的金属电极/有机半导体界面产生内建场。这个内建场不但解离光生激子成自由载流子，而且驱动载流子在有机层传输。因而其载流子的产生依赖界面间的电场。另外，金属电极透光率仅50%，电极又促进激子的“失活”以及电极表面态成为自由载流子的俘获中心而使之复合损失，这些因素导致金属/有机肖特基型太阳电池的填充因子较小。

DieterWohrle和DieterMeissne:发现，经过几星期后肖特基电池变得非常不稳定。相对来说，虽然其转化效率需要不断改善，P分类N结有机太阳能电池更具吸引力