B1685

   可以看出,太陽光譜的輻射能量主要來自于波長在硐0~1000nm范圍的光子,輻射強度最大區(qū)域在⑾O-gO0nm范圍,因此低能隙材料(吸收峰大于6OO nm)有利于太陽能的吸收。有機材料通常表現(xiàn)出以下特性:①高吸收系數(shù)(通常大于105cm l);②窄吸收光譜;③能隙大約在3,0~2.0eⅤ(波長在410nm~6⒛nm);④能隙隨共軛長度增大減小。較高的吸收,使有機材料在太陽能吸收方面占有一定優(yōu)勢。有機材料對人射光在吸收峰位處的全部吸收,只需要幾百納米的厚度,因此有機太陽能電池可以制備成很薄的薄 膜形式。但是,大部分有機材料的吸收波長都小于甾0nm,吸收光譜較窄,只能覆蓋太陽光譜的很小一部分。因此有機材料對太陽光的吸收利用非常有限,通常不超過佃%(圖4⑼。加之有機材料中載流子遷移率太小,活性層厚度只能在幾十到幾百納米之間,限制了利用增加厚度的手段來提高太陽光吸收的目的。

   通過分子設(shè)計提高有機材料吸收效率的方法包括提高材料的光吸收系數(shù)、降低材料的能隙、使材料的吸收光譜展寬等,這方面的研究工作很多l(xiāng)3c砰q。例如,基于芴基的低能隙共聚物,作為給體制備太陽能電池器件,可得到很好的性能(印p=2,2%)㈣;在具有DˉA結(jié)構(gòu)的材料中引人多電子鉑原子,可增強材料的D-A相互作用,導致較強的電荷轉(zhuǎn)移態(tài)lCη躍遷,因此材料能隙較低且吸收光譜較寬,有利于提高器件的光伏效應(‰〓2.5%)u11o類似的工作還包括將基于強給體一受體分子結(jié)構(gòu)的材料作為給體,Cω衍生物PCBM作為受體構(gòu)造的器件u釗。給體較低能隙,使器件對太陽能的吸收提高,器件表現(xiàn)出較高效率。

   除了通過分子結(jié)構(gòu)的功能設(shè)計來提高活性材料自身吸收外,還可以在器件結(jié)構(gòu)中引入具有強吸收特性的材料。利用它們吸收部分太陽能量,通過激子擴散將其轉(zhuǎn)移給活性材料,由此提高活性材料對太陽光的利用效率u"剄。此外,利用微腔結(jié)構(gòu)(使用薄膜)也可阻止或降低光損失,增加光吸收。例如,人射光由于折射產(chǎn)生的損失可在器件結(jié)構(gòu)中加人反折射層來降低;通過器件中各層厚度的優(yōu)化,可使太陽能強度分布的最大值在活性吸收材料層內(nèi),從而提高吸收效率。通過增大太陽能電池尺寸也可以提高太陽能利用率,但是這樣無助于單位面積上轉(zhuǎn)換效率的改善。