BAT54C215

   器件產(chǎn)生的外電壓稱為開路電壓,其值不超過(guò)兩金屬電極功函數(shù)之差。此時(shí),開路電壓將與內(nèi)建電場(chǎng)平衡,由于器件的凈剩電場(chǎng)為零,電流也為零。圖4.11(b)中是沒(méi)有外加電壓的短路情形,這時(shí)兩個(gè)電極連在一起后費(fèi)米能級(jí)相等。由于兩個(gè)電極功函數(shù)的不同而產(chǎn)生的內(nèi)建電場(chǎng)平均分布于有機(jī)半導(dǎo)體中,靠近正極一端的有機(jī)層電勢(shì)升高,靠近負(fù)極一端的有機(jī)層電勢(shì)降低。在暗狀態(tài)下,沒(méi)有電流通過(guò)。在光照情況下,LUMO能級(jí)上的電子向較低電勢(shì)方向移動(dòng),最后到達(dá)低功函數(shù)的金屬電極,空穴在HOMo上向較高電勢(shì)方向移動(dòng),最后達(dá)到高功函數(shù)的ITO電極,器件表現(xiàn)為光伏特性。圖4,11o)代表外加反向電壓的情形。這時(shí),可通過(guò)的暗電流很小。在光照的情況下,光生載流子可在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下向相應(yīng)的電極移動(dòng),產(chǎn)生比暗電流

大很多的電流,此時(shí)的器件可作為光檢測(cè)器,也可作為收集電荷的電池器件。在圖4.11@)中,外加的正向電壓大于開路電壓,載流子可較有效地注人到器件中產(chǎn)生電生激子。如果材料可產(chǎn)生輻射衰減,則器件就表現(xiàn)為發(fā)光二極管。

    圖4,11 MIM有機(jī)二極管的工作模式

    (a)開路狀態(tài);o)短路狀態(tài);⑼反向加壓狀態(tài);rd)正向電壓大于‰c的情形值得注意的是,以上的模式只是針對(duì)于MIM的情形,其中,接觸界面處的費(fèi)米能級(jí)在絕緣層的能隙之間tHOMO與LUMO之間),并且遠(yuǎn)離HoM0和LUMo。在歐姆接觸的具有給體/受體異質(zhì)結(jié)的有機(jī)太陽(yáng)能電池中,內(nèi)建電場(chǎng)及電荷的電場(chǎng)遷移情形類似,但不盡相同。如圖4,12所示, 為給體/受體異質(zhì)結(jié)電池在短路光照時(shí)器件工作示意圖。圖4.12中的雙層異質(zhì)結(jié)器件中,受體LUMO通常與負(fù)極功函數(shù)匹配,給體HOMO通常與正極功函數(shù)匹配,以便電子和空穴從半導(dǎo)體活性層進(jìn)人兩側(cè)的金屬電極。在短路情況下,正負(fù)兩個(gè)電極處的費(fèi)米能級(jí)相互對(duì)齊,同時(shí),電極的功函數(shù)趨于半導(dǎo)體的LUMO/HoMO,給體和受體的HOMo都升高,LUMO都降低。器件吸收光后產(chǎn)生的激子可擴(kuò)散到給體/受體界面,通過(guò)解離形成自由電荷。其中空穴在給體HoMO中,并向高電勢(shì)的電極移動(dòng),電子在受體LUMo中,并向低電勢(shì)的電極移動(dòng),器件產(chǎn)生光伏效應(yīng)。