对无定型的有机材料进行热处理使其晶化,可以提高材料的迁移率。三菱化学采用p-i-n的电池结构,p层为四苯并卟啉(bp),i层为bp与富勒烯衍生物的体异质结混合层,n层为富勒烯衍生物。所有的层均以涂布法成膜。其中,i层使用通用有机溶剂将bp前驱体和富勒烯衍生物制成了墨水,凃布后通过180℃加热将bp前驱体转换成了bp。转换成具有高结晶性及良好半导体特性的bp,其载流子迁移率为0.92cm2/vs(最大为1.8cm2/vs),极大地提高了载流子的传输能力,通过这种技术制备的电池效率达到7.8%,并通过涂布转换技术进一步优化,将转换效率提高到了9.26%。
另外,加入缓冲层也是目前普遍采用的一种技术。韩国光州科学技术研究院(gist)的kwang-heelee等人采用单结本体异质结太阳能电池,用pcdtbt及pc70bm作为混合层,采用pedot和tiox作为缓冲层提高空穴和电子传输效率。得到的电池在am(空气质量)1.5g,光强100mw/cm2的条件下voc=0.88v,jsc=10.6ma/cm2,ff=0.66,η=6.1%。
3.4提高载流子对电极的注入效率
载流子对电极的注入效率除了与电极材料的性质有关(阳极选择功函数大的材料,阴极选择功函数小的材料),与电极的修饰也有很大的关系。
由于阴极和活性层之间存在较高的电子注入势垒,致使电子难于到达阴极。阴极修饰起到降低电子注入势垒的作用。yangl等人用cs2co3作为缓冲层修饰阴极,发现用cs2co3作为缓冲层时电池的voc和转换效率都比用lif作缓冲层有所提高。
阴极修饰还可以起到阻挡激子向电极的注入作用。钟建等人研究了基于ito/cupc/c60/alq3/ag的电池中alq3作为激子阻挡层对有机太阳能电池的影响,在标准太阳光照下,当alq3层的厚度为2.5nm时,电池的性能最好,转换效率达到1.13%。
4.研究趋势及前景展望
光电转换率较低是阻碍有机太阳能电池产业化的瓶颈之一,为了进一步提高能量转换效率,下面几方面是今后的研究趋势:①寻找或合成与太阳光谱更加匹配、光吸收效率更高的材料,提高激子的生成率、迁移率和分解率。②探索具有高迁移率的电荷传输复合材料,降低电子与空穴的复合。③优化电极材料和电极表面的修饰,提高载流子的注入效率。④改进器件构造和成膜工艺,探索最优化参数。
有机太阳能电池以其独特的优点(低成本、重量轻、产品柔软、设计自由度高、可大面积制备)引起了世界各国的高度关注。能量转换效率突破9%预示着有机太阳能电池向商业化迈进了一大步,随着相关研究的深入,在未来5~10年有机太阳能电池的能量转换效率有望提高到15%,这为有机太阳能电池展示了美好的产业化前景。