有機太陽能電池，顧名思義，就是由有機材料構成核心部分的太陽能電池。主要是以具有光敏性質的有機物作為半導體的材料，以光伏效應而產生電壓形成電流，實現太陽能發電的效果。
在有機材料中，雖然最高占據軌道臼OMol和最低空置軌道GUM⑵分別相當于無機半導體中的價帶（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，與無機光伏器件吸收光后產生自由電子空穴對不同，有機光伏器件在吸收光后，產生流動的激發態（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，同時有機物介電常數較小，使激子解離需要的能量高于熱運動能量。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能電池的工作機理同無機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能電池工作機理示意圖。可以看出，器件產生光伏效應的過程如下（圖4o：①當能量大于HOMOˉLUMO能隙的光子照射時，給體分子將由基態躍遷至激發態，形成激子;②中性給體激子經過擴散后到達給體與受體界面;③界面附近的給體激子通過界面內建電場的輔助，克服激子中電子空穴對之間的庫侖束縛力后，進行電荷轉移――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，即陽離子載流子和陰離子載流子（圖4③;⑤正負載流子經過輸運分別到達陽極和陰極附近，被電極收集形成光電流。
有機太陽能電池的結構
有機太陽能電池按照半導體的材料可以分為單質結結構、P-N異質結結構、染料敏化納米晶結構。
單質結結構
單質結結構是以Schotty勢壘為基礎原理而制作的有機太陽能電池。其結構為玻璃/金屬電極/染料/金屬電極，利用了兩個電極的功函不同，可以產生一個電場，電子從低功函的金屬電極傳遞到高功函電極從而產生光電流。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異質結結構
P-N異質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）的異質結結構，結構。其中半導體的材料多為染料，如酞菁類化合物、苝四甲醛亞胺類化合物，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等人結合無機以及有機化合物的優點制得的太陽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薄膜為光陽極的一類太陽能電池。它是仿生植物葉綠素光合作用原理的太陽能電池。而NPC太陽能電池可選用適當的氧化還原電解質從而使光電效率提高，一般可穩定于10%，并且納米晶TIO2制備簡便，成本低廉，壽命可觀，具有不錯的市場前景。 |
