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有机/无机半导体杂化

太阳能电池郭慧云

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杂化太阳能电池简介

杂化太阳能电池简介杂化太阳能电池功能互补，协同优化

以有机化合物和无机半导体材料的复合材料为主要原料制备的太阳能电池。杂化太阳能电池简介有机化合物主要以聚苯撑乙烯撑类、聚噻吩类、聚苯胺类和聚芴类为主。无机材料：大多为TiO2、ZnO、CdSe或CdS。有机小分子：共轭聚合物：酞菁，二萘嵌苯，C60等。

杂化太阳能电池简介典型的杂化太阳能电池结构ITO玻璃给体材料有机化合物无机半导体材料金属电极HOMOHOMOLUMOLUMO阳极受体材料阴极异质结本体异质结电池

杂化太阳能电池的工作原理当太阳光照射到电池外表时，能量大于共轭聚合物禁带能的光子将激发聚合物最高占有轨道〔HOMO〕上的电子跃迁到其最低未占有轨道〔LUMO〕上，因而HOMO轨道上将产生与激发电子数目相同的空穴,从而形成电子-空穴对，即激子，激子不断向共轭聚合物/无机半导体的界面处〔异质结〕运动，当激子到达界面时，由于共轭聚合物/无机半导体的界面能大于激子的别离能，激子将在界面处发生别离，形成载流子〔电子和空穴)，电子进入受体材料〔无机半导体〕的LUMO中，并沿着无机半导体流向负极，空穴那么沿着共轭聚合物流向正极，在负载的条件下形成电流。当太阳光照射到电池表面时，能量大于共轭聚合物禁带能的光子将激发聚合物最高占有轨道（HOMO）上的电子跃迁到其最低未占有轨道（LUMO）上，因而HOMO轨道上将产生与激发电子数目相同的空穴，从而形成激子，激子不断向共轭聚合物/无机半导体的界面处运动，当激子到达界面时，由于共轭聚合物/无机半导体的界面能大于激子的分离能，激子将在界面处发生分离，形成载流子（电子和空穴)，电子进入受体材料（无机半导体）的LUMO中，并沿着无机半导体流向负极，空穴则沿着共轭聚合物流向正极，在负载的条件下形成电流。HOMO：分子中电子填充的能量最高轨道。LUMO：空轨道中电子填充能量最低的轨道。电子-空穴对

杂化太阳能电池的工作原理杂化太阳能电池的工作过程杂化太阳能电池的工作过程

影响杂化太阳能电池效率的因素光敏材料的选择异质结形态无机半导体的选择无机半导体的外表改性优化光敏层厚度激子的分离激子向异质结迁移光的吸收激子的产生电荷传输和收集发生光的吸收、激子的产生和迁移过程；光敏层厚度越大对光的吸收效率会越高，激子数量越大；但会使得激子的迁移距离变长，从而载流子复合几率变大。低带隙选择低带隙的有机半导体材料。增加给体材料与受体材料间的接触以提高激子的分离效率。提高激子的分离效率共混物形貌旋涂时所用溶剂两种材料的比例化学添加剂溶液的浓度〔固体含量〕热或溶剂退火材料的分子结构和分子间排列

影响杂化太阳能电池效率的因素杂化太阳能电池的退火处理对薄膜的退火处理：影响电池内部光敏层材料的微结构给体材料（有机材料）的结晶过程受体材料（无机半导体材料）表面配位体交换反应过程给体材料在不同的结晶度下与受体材料之间的相分离程度不同，从而影响激子的分离和载流子的迁移过程，且不同的结晶度表现出对太阳光光谱的响应范围不同。对电池进行合适的退火处理可以明显扩大电池对太阳光谱的吸收范围。利用受体材料表面在退火过程中发生配位体交换反应，除去受体材料表面残留的物质分子（如CdSe表面通常会残留一些合成时留下的烷基磷酸类物质），来改善给体材料与受体材料之间的接触，为激子分离和载流子迁移创造更多的通道，进而提高电池效率。

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