材料化学

OLED、太阳能电池

了解有机发光二极管如何将注入电荷转化为光，以及光伏器件如何将吸收的光子转化为有用电功。

直觉从光子到器件功能

OLED 是将电子和空穴注入有机发光层的薄膜叠层；二者复合可释放光子。太阳能电池的能量路径相反：光子产生激发态，选择性接触层在载流子复合前将其分离。

比较 OLED 中的电荷注入与辐射复合，以及光伏叠层中的光吸收与电荷提取。

定义: OLED

在简化 OLED 中，阳极提供空穴，阴极提供电子。传输层有助于平衡注入，发光层承载激子。能量由外电路提供，因此发光并非自发释放化学能。

定义: 光伏效应

P_{\mathrm{out}}=VJ,\qquad \eta=\frac{P_{\mathrm{max}}}{P_{\mathrm{in}}}

例题

解答

Pmax = 0.72 × 18 = 12.96 mW cm⁻²，因此 η = 12.96/100 = 0.1296，约为 13.0%。

分子半导体常以 HOMO 和 LUMO 描述前线轨道；在固体中它们展宽为输运态。激子束缚可能很强，因此给体—受体界面或高介电常数环境可促进电荷分离。过大的能级偏移会浪费能量。

器件	能量转换	主要瓶颈
OLED	电 → 光	电荷失衡、非辐射衰减
太阳能电池	光 → 电	透射、复合、电阻损耗

太阳能电池的开路电压受吸收层带隙及辐射和非辐射复合限制。短路电流取决于入射光谱、吸收和收集概率。应诊断完整的电流—电压曲线，而不能把强吸收光谱等同于优良器件。

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