有机薄膜太阳能电池的结构与制作技术

摘要：有机太阳能电池是很有发展前途的新能源之一，特别是有机薄膜太阳能电池更是备
受关注。本文对有机薄膜太阳能电池

(OTFSC)的发电原理，高效率化技术以及大型化与紊化

等方面作了介绍。

　　关键词：有机薄膜型太阳能电池

(OTFSC)；发电原理；高效率化；大型化；柔性化

　　

1 前言

　　作为典型可再生能源的太阳能光伏发电，近年来，面向各个产业及至人民的生活、住宅，
正急速的推广应用。但目前的单晶硅太阳电池，难于大幅度降低成本。单晶硅太阳电池的原
料硅占到制造成本的

30％以上。因此，对原料不依赖于单晶硅的非晶硅系列太阳电池进行

了开发。紧随非晶硅系列太阳能电池之后的有机太阳能电池，其原料丰富，且价格相对较低，
并采用了基本廉价的非真空加工工艺，故这类结构的太阳能电池是人们所期待的。

　　有机太阳能电池，有利用光电化学的色素增感型太阳能电池，和藉助有机

EL 逆过程

实现光电变换的有机薄膜型太阳能电池两种。本文主要介绍有机薄膜型太阳能电池的开发。
并阐述了其有关的发电原理和安装中的关键技术。

　　

2 有机薄膜太阳能电池的发电原理

　　图

1 所示为有机薄膜型太阳能电池(OTFSC)的断面。OTFSC 主要由承担基本光吸收与空

穴输送的一共轭高分子和承担电子输送的低分子受体分子所构成。基底上涂覆了能使透明电
极平滑化并承担空穴输送的空穴输送材料

(PEDOT—PSS)，以及

Ⅱ共轭高分子(P3HT)和电子

受体分子

(C61 一 PCBM)的混合液。当这一混合液的溶剂挥发时，相当于 p 型半导体的丌共

轭高分子，与相当于

n 型半导体的电子受体分子(低分子化合物)混合，构建成这一混合物

的相分离，形成所谓整块异质结相分离的随机结合界面。电介质薄膜可补偿整块异质结薄膜
上的整流性，电介质薄膜设置的极薄，并设置了铝质的里面电极，这样，电池就已完成。高
分子系有机薄膜太阳能电池的最大特点是：相当于

p 型半导体的丌共轭高分子与相当于 n

型半导体的电子受体分子混合，藉助这一混合物的相分离，构建了接合界面的整块异质结。
引入这一相分离结构，是因为有机薄膜太阳能电池经过了激励子

(exciter)的扩散。OTFSC 首

先是由丌共轭高分子或者电子受体分子的光吸收，产生激励子。然后，

p 型或 n 型激励子，

在具有整块异质结结构的薄膜内部扩散。在接合界面上，与相互不同的分子会合时，开始电
荷分离，能生成空穴与电子。由于有机半导体的电荷在分子内的局部化，为了使基于光吸收
所生成的电荷增加，必须在激励子可能扩散的范围内设置

P-n 接合界面。从而，不是二元的

平面接合，在薄膜内部构建微细的相分离，因此，藉增大接合界面面积的整块异质结结构
可大幅度提高效率。