有機太陽能電池工作原理有機太陽能電池利用光伏效應實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)變。如圖 1 所示，其產(chǎn)生光伏效應的過程如下：當能量大于 HOMO-LUMO 能隙的光子照射時，給體分子將會從基態(tài)躍遷，形成激子。中性的給體激子經(jīng)過擴散到達給體和受體界面，界面附近的給體激子通過內(nèi)建電場作用，克服激子中電子空穴對之間的束縛力，電子由給體 LUMO 能級移到受體 LUMO 能級，形成電荷轉(zhuǎn)移。然后，電子空穴對克服庫侖力，解離為定域的自由電荷，即載流子；正負載流子經(jīng)過運輸分別到達陽極和陰極，被電極收集形成電流。有機太陽能電池的陰極通常采用低功函數(shù)金屬材料，使得該功函數(shù)和電子運輸層的電子親和勢匹配，降低電子注入勢壘，提高電子注入效率。相反，由于陽極的費米能級與有機層的費米能級相差較大，空穴注入效率很低，必須采用高功函數(shù)金屬，通常使用半導體金屬氧化物、ITO （氧化銦錫）等作為陽極。

　　2 有機太陽能電池性能表征表征有機太陽能電池性能的參數(shù)有電池的開路電壓 Voc、短路電流 Isc、填充因子 FF 以及電池的能量轉(zhuǎn)換效率 η。開路電壓是在外電路開路的情況下陰陽兩極之間的電壓。體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)聚合物與富勒烯有機太陽能電池的 Voc通常與給體 HOMO 能級和受體 LUMO 能級之間的差值密切相關(guān)。短路電流是在外電路短路的情況下通過器件的電流，Isc 的大小與內(nèi)電場強度 E 和電荷遷移率 μ 以及內(nèi)電阻 R 有關(guān)； FF 是衡量電池外接負載能力的物理量。而電池的能量轉(zhuǎn)換效率 η 可以用外量子效率，內(nèi)量子效率和器件的總轉(zhuǎn)換效率表示，最終表征器件性能的優(yōu)劣。 3 有機太陽能電池結(jié)構(gòu)有機太陽能電池結(jié)構(gòu)對電池性能的影響至關(guān)重要。按照器件結(jié)構(gòu)分類，有機太陽能電池可分為單質(zhì)結(jié)、染料敏化和異質(zhì)結(jié)等幾種。而異質(zhì)結(jié)電池又包括 p-n 異質(zhì)結(jié)、體異質(zhì)結(jié)、混合異質(zhì)結(jié)和疊層結(jié)構(gòu)等種類。 3.1 倒置結(jié)構(gòu)太陽能電池近年來，研究人員基于本體異質(zhì)結(jié)器件，設計制作了倒置（反型）結(jié)構(gòu)（inverted structure）器件，使電池的能量轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性能有所提高。其結(jié)構(gòu)如圖 2 所示，（a）為傳統(tǒng)的電池器件，（b）為倒置結(jié)構(gòu)器件。倒置結(jié)構(gòu)器件是通過對換傳統(tǒng)電池陰陽兩極極性制作的半導體器件，電池的陰極由高功函數(shù)金屬充當，但是電極必須進行修飾。通常利用半導體氧化物（例如 ZnO）和堿金屬碳酸鹽（Cs2CO3）等材料修飾陰極，利用新材料 V2O 和 MoO3 修飾陽極，制作的電池在空氣中的穩(wěn)定性有了很大的提高。同時，考慮到電荷的有效傳輸和抽取，在靠近陽極區(qū)域的活性層形成聚合物組分的富集區(qū)，靠近陰極區(qū)域的活性層形成富勒烯組分的富集區(qū)將是較為理想的狀態(tài)。倒置結(jié)構(gòu)的推出很好地利用了這種相分離的現(xiàn)象，其性能達到了可以和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)器件相媲美的水平。近年來，研究人員通過采用倒置結(jié)構(gòu)并對陰極修飾層作各種納米形態(tài)處理提高了器件的穩(wěn)定性、使用壽命以及能量轉(zhuǎn)換效率［1］?；诘怪媒Y(jié)構(gòu)的疊層結(jié)構(gòu)器件通過各子單元不同材料對太陽光譜的差別吸收，可以增加器件對光的吸收效率，使電池的光電轉(zhuǎn)換效率得到提升。