有機太陽(yáng)能電池，顧名思義，就是由有機材料構成核心部分的太陽(yáng)能電池。主要是以具有光敏性質(zhì)的有機物作為半導體的材料，以光伏效應而產(chǎn)生電壓形成電流，實(shí)現太陽(yáng)能發(fā)電的效果。

在有機材料中，雖然最高占據軌道臼OMol和最低空置軌道GUM⑵分別相當于無(wú)機半導體中的價(jià)帶（VB）和導帶G⑴，但是有機材料的HoMO和LUMO能級是分立的，有別于無(wú)機半導體中的連續能級ⅤB和CB。因此有機材料中的載流子是定域化的。而且與無(wú)機半導體材料中半徑較大的Wannier激子不同，有機材料中激子主要是半徑較小的Frenkel激子，其電子空穴對之間的結合力大于Wamier激子。因此，與無(wú)機光伏器件吸收光后產(chǎn)生自由電子空穴對不同，有機光伏器件在吸收光后，產(chǎn)生流動(dòng)的激發(fā)態(tài)（即束縛電子空穴對）。曲于激子中電子空穴對之間庫侖作用較大，同時(shí)有機物介電常數較小，使激子解離需要的能量高于熱運動(dòng)能量。因此，有機材料中激子解離困難，不易形成自由載流子。這些特性決定了有機太陽(yáng)能電池的工作機理同無(wú)機pn結光伏器件大不相同。

圖4.7和圖4.8為給體/受體組成的有機太陽(yáng)能電池工作機理示意圖�？梢钥闯�，器件產(chǎn)生光伏效應的過(guò)程如下（圖4o：①當能量大于HOMOˉLUMO能隙的光子照射時(shí)，給體分子將由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)，形成激子;②中性給體激子經(jīng)過(guò)擴散后到達給體與受體界面;③界面附近的給體激子通過(guò)界面內建電場(chǎng)的輔助，克服激子中電子空穴對之間的庫侖束縛力后，進(jìn)行電荷轉移――電子由給體LUMO能級轉移到受體LUMo能級，形成電荷轉移復合物;④電荷轉移復合物中的電子空穴對需要再次克服庫侖束縛力后，才能解離為定域化的自由電荷，即陽(yáng)離子載流子和陰離子載流子（圖4③;⑤正負載流子經(jīng)過(guò)輸運分別到達陽(yáng)極和陰極附近，被電極收集形成光電流。

有機太陽(yáng)能電池的結構

有機太陽(yáng)能電池按照半導體的材料可以分為單質(zhì)結結構、P-N異質(zhì)結結構、染料敏化納米晶結構。

單質(zhì)結結構

單質(zhì)結結構是以Schotty勢壘為基礎原理而制作的有機太陽(yáng)能電池。其結構為玻璃/金屬電極/染料/金屬電極，利用了兩個(gè)電極的功函不同，可以產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)，電子從低功函的金屬電極傳遞到高功函電極從而產(chǎn)生光電流。由于電子—空穴均在同一種材料中傳遞，所以其光電轉化率比較低。

P—N異質(zhì)結結構

P-N異質(zhì)結結構是指這種結構具有給體-受體（N型半導體與P型半導體）的異質(zhì)結結構，結構。其中半導體的材料多為染料，如酞菁類(lèi)化合物、苝四甲醛亞胺類(lèi)化合物，利用半導體層間的D/A界面（Donor——給體，Acceptor——受體）以及電子—空穴分別在不同的材料中傳遞的特性，使分離效率提高。EliasStathatos等人結合無(wú)機以及有機化合物的優(yōu)點(diǎn)制得的太陽(yáng)能電池光電轉化率在5%~6%。

NPC（nanocrystalinephotovoltaiccell）染料敏化納米晶

染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSC）主要是指以染料敏化的多空納米結構TIO2薄膜為光陽(yáng)極的一類(lèi)太陽(yáng)能電池。它是仿生植物葉綠素光合作用原理的太陽(yáng)能電池。而NPC太陽(yáng)能電池可選用適當的氧化還原電解質(zhì)從而使光電效率提高，一般可穩定于10%，并且納米晶TIO2制備簡(jiǎn)便，成本低廉，壽命可觀(guān)，具有不錯的市場(chǎng)前景。