張 平 ，肖 夏

（1.天津大學電子信息學院 天津 300072；2.天津職業技術師范大學電子工程學院 天津 300222）

隨著經濟的發展，不得不進行各類能源資源的開采，使能源資源逐漸面臨枯竭，甚至給環境帶來嚴重的影響。現如今，在環境問題的壓力下，對清潔能源的開發及利用越來越受到人們的重視，特別在太陽能電池研究方面取得了極大的突破。太陽能電池組成部分包括光活性層和正、負電極。就太陽能電池的轉換效率而言，與緩沖層的合適度有著緊密的聯系，目前常見緩沖層材料包括：無機和有機半導體型兩類。就有機緩沖層材料而言，其種類豐富，還能夠進行真空鍍膜，缺點是價格相對較高，運用于電池材料中所需成本費用較高。而無機緩沖層材料不僅價格低廉，且在性能穩定方面較有機緩沖層材料效果更佳。因此，對無機材料在有機太陽能電池中的應用進行研究極具實際價值意義。

1 無機材料在有機太陽能電池中的應用研究

1.1 在陽極緩沖層中的應用

為起到修飾陽極的作用，將無機材料運用在有機太陽能電池陽極緩沖層當中，無論是在陽極的厚度方面，還是在無機物類型上對有機太陽能都具有一定的影響作用。在有機太陽能電池中，經常用于陽極緩沖層中的無機物主要包括：三氧化鎢、三氧化鉬和氧化鎳三類。如：三氧化鎢，此類無機物在陽極修飾層方面的器件效率高達3.1%，還能夠使太陽能電池中的載流子在復合效率上得以有效降低。如：三氧化鉬，此類無機物可作用于太陽能電池紅外區域中，不僅能夠使光吸收率增強，還可以促使電池能量得以更好的轉化。如：氧化鎳，將此類無機物作用于陽極修飾層當中，可以對活性層能級進行靈活的調節，有效促進電池陽極結構對空穴流的接受，從而使太陽能電池工作效率得以保證。

1.2 作為陰極緩沖材料

由于有機太陽能電池本身缺乏一定的穩定性，為提高這種穩定性，將無機材料作為陰極緩沖材料加以使用，其原理是以無機材料作為緩沖層，在電池陰極、有機層之間進行該類緩沖層的設置，在此過程中，無機材料作為電極和有機層之間的接觸層，具有較強的穩定性，可以有效減少太陽能在電能轉換過程中的電阻，還能對有機層加以保護，并使電池使用壽命延長。在有機太陽能電池中，經常用到的陰極緩沖材料主要包括：氧化錳、氧化鈦和氟化鋰三類。如：氧化錳，其對太陽能電池陰極可起到修飾的作用，并利用真空蒸鍍法達到陰極結構中氧化錳狀態的保護效果。如：氧化鈦，將氧化鈦作為陰極緩沖材料應用于有機太陽能電池中，能夠促使空穴流向陰極結構中移動，對太陽能電池有機層形成全面保護，在該過程中負責對電子傳輸和收集的工作，還可以作為第二基底，在太陽能電池結構中進行串聯，同時為了對太陽能陰極結構加以保護，將該材料作用于陰極層時采取旋涂的方式，從而使太陽能陰極緩沖作用得以發揮出來，進而起到保護的效果。如：氟化鋰，將其作為陰極修飾的材料，對陰極層加以保護，使電池中Al的功函數得以降低，能夠使陰極界面發生偶極子，這種偶極子可以快速擴散到有機層當中，對有機層起到一定的修飾作用。另外，將氟化鋰應用于電池陰極中，需對材料厚度上進行合理設置，從而達到阻斷陰極和保護陰極結構的作用。

1.3 在活性層中的應用

常見的應用于有機太陽能電池活性層結構中的無機材料主要包括納米硅、鉻化合物及金屬氧化物三類。如：納米硅，其屬于無毒無害的一類無機材料，電子遷移率相當高，對光的吸收性能很強，將其與有機材料進行結合，作為受體結構可以進行太陽能電池的制作，將其以線陣列方式運用于有機太陽能電池內，使其內部電場增大，能夠使有機太陽能電池對可見光和紅外光的吸收率得以有效增強，加速電子遷移過程，使電子與空穴轉移變得簡化，使太陽能傳輸過程得以優化。如：鉻化合物，其在有機太陽能中的應用以無機受體方式為主。通常情況下，球形鉻化合物表層的絕緣層在同有機太陽能電池中的器件進行結合時，能夠對太陽能天池在點和傳輸上進行一定的限制，從而使電子傳輸效率得以提高。將金屬氧化物當中的氧化鋅和氧化鈦進行比較，氧化鈦在化學性質穩定性方面明顯高于氧化鋅，且透光性也較氧化鋅高。其作為能級較低的納米粒子，能夠有效提升太陽能電池電能的轉化率，應用過程中有機體與無機受體相結合，能夠使無機物在波長進行改變。另外，將這類能級低的納米粒子在有機太陽能電池吸收區域、可見光、及近紅外區域內進行專門的設置，能夠使活性區域當中的載流子復合量得以有效降低，從而保證有機太陽能電池在光吸收方面的較高效率。這也是其廣泛被運用于有機太陽能電池中的主要原因。另一金屬氧化物是氧化鋅，其屬于N型半導體材料，有著極好的電子傳輸性能，在電子傳輸性能上，氧化鋅較普通金屬氧化物高出一個數量級。但將其作用于太陽能電池中，存在一定的缺陷，主要表現在化學穩定性方面，其化學穩定性不足，特別是處在酸堿環境當中其化學穩定性較弱。所以，在進行有機太陽能電池無機材料選擇的過程中，需要對氧化鋅化學穩定性方面進行充分考慮。就目前而言，在這方面仍須繼續研究。

2 無機材料未來發展方向

由于無機材料在有機太陽能電池中的應用，能夠使有機太陽能電池結構得以有效改善，從而保證太陽能電池能夠達到使用的最佳效果，將無機材料運用于有機太陽能電池結構當中，其優勢較為明顯，在今后乃至未來的發展過程中，不僅是對于太陽能電池的應用，還應該將無機材料使用范圍進行拓展，并對使用無機材料過程中出現電池器件問題進行研究，找到有效方法加以解決，使無機材料在有機太陽能電池中的應用數量得以增加，真正挖掘出無機材料本身更大、更多的價值，從而利用無機材料來使有機太陽能電池的工作效率得以有效提高。

3 結語

綜上所述，將無機材料應用于有機太陽能電池中，對兩者進行有機結合，可有效彌補有機材料中存在的不足。在有機太陽能電池中，結合實際特征對無機材料進行引入，有利于太陽能電池在性能方面的穩定提升，還能使無機材料在太陽能電池中的作用得以充分發揮，在增強有機物同無機物匹配性及有機太陽能電池使用情況方面，有著極強的改善作用，可以說極大程度的滿足了有機太陽能電池能量轉化的基本需求。