
传统太阳能电池采用硅等无机材料,资源不可再生,且需要大量开采和加工,其过程中形成大量能源消耗,与晶体硅太阳能电池相比,有机光伏(OPV)更符合可持续发展的理念。
一、有机光伏(OPV)的优势
材料成本低 有机材料来源丰富,合成成本相对较低。
柔性可弯曲 可以制备在柔性基底上,具有良好的柔韧性和可弯曲性,适用于非平面的曲面应用场景,如可穿戴设备、便携式电子设备等。
轻薄化 相比传统的太阳能电池,OPV电池重量更轻薄,便于安装和运输。
弱光发电 能够吸收更多波长范围的光,对低强度的光线具有较好的响应能力,这使得OPV在室内光线、阴天或者清晨傍晚等光照较弱的环境中也能发电。

制备工艺简单 制备工艺相对简单,如溶液旋涂法、喷墨印刷、热蒸发法等。
半透明特性 可以制成半透明,甚至透明的的柔性太阳能电池,实现多场景应用。
在实际应用中,有机光伏(OPV)电池还存在很多不足,例如电池的效率、耐久性等,商业化进程较慢。尽管存在这些挑战,科学家们正在努力通过各种方法提高有机太阳能电池的效率,例如采用新材料和优化电池结构等。
二、导电膜在有机光伏(OPV)电池中的作用
导电膜在OPV中充当透明电极使用,是太阳电池的关键组成部分之一。它对开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)和填充因子(FF)等关键性能指标产生直接影响。
光的入射窗 确保充足的光线能够抵达电池的有机活性层,从而促进光吸收,为产生光生载流子创造条件。
电荷收集 太阳能电池工作时,光生载流子(电子-空穴对)在半导体材料中产生,通过位于电池表面的导电膜收集这些光生载流子,防止它们复合。
电流传输 收集到的载流子在导电膜中形成电流,导电膜将电流高效地传输到外部电路。具有低电阻的导电膜,能够降低电流在传输过程中的损耗。
三、导电膜的性能对有机光伏(OPV)电池的影响
导电性
- 提升短路电流密度(Jsc):导电膜的导电性能直接决定了电池内载流子的传输效率。低方阻导电膜能为载流子提供低电阻通路,减少传输过程中的能量损耗,使更多载流子能高效到达电极,提升电池的短路电流密度。
- 提升开路电压(Voc):开路电压是太阳能电池在无负载时两端电势差,由光生载流子在p - n结两侧积累形成。串联电阻会使电流流经时产生电压降,减少了用于形成开路电压的有效电势差。串联电阻越大,电压降越大,开路电压越低。高导电性的导电膜能为载流子提供低电阻通路,有助于降低串联电阻。
功函数
- 能级匹配:导电膜功函数与活性层能级匹配程度,对太阳能电池光生载流子注入影响重大。当导电膜功函数适配活性层能级时,载流子注入势垒降低,载流子在界面处的传输更加顺畅,减少了因能级不匹配导致的载流子复合,有利于提升短路电流密度和开路电压;反之,能级不匹配则形成高势垒,阻碍载流子传输,降低注入效率。
透光率
- 光吸收量:OPV依靠光吸收产生载流子,导电膜透光性影响到达活性层的光量。高透光率导电膜能让更多光透过被活性层吸收,产生更多电子-空穴对,增加可利用载流子,提升短路电流与光电转换效率。
表面能
导电膜表面能对太阳能电池影响显著。较高表面能可增强与活性层的润湿性,降低与活性层界面张力,使活性层均匀成膜,减少缺陷,利于载流子传输并降低复合;同时,还能提升界面结合力,优化电荷注入与传输,降低界面电阻。
表面粗糙度

钛翼导电膜-表面粗糙度
- 活性层成膜质量:表面粗糙度影响活性层的成膜质量。低表面粗糙度能让活性层均匀附着,形成连续、致密的薄膜结构,减少针孔与缺陷,有利于载流子传输,降低复合几率,提高电池性能。反之,高表面粗糙度致活性层结构不均,载流子传输受阻、复合增加。
- 界面接触特性:表面粗糙度影响导电膜与活性层的界面接触。适当粗糙度可增加界面接触面积,有利于载流子在界面传输;粗糙度太高则形成不良接触,增加界面接触电阻,阻碍载流子传输,降低电池性能。
稳定性
- 化学稳定性:某些OPV活性层材料有特定化学活性,若导电膜化学稳定性欠佳,就可能被其被侵蚀。
不同导电膜抗侵蚀能力不同,氧化铟锡(ITO)化学稳定性相对较好,但长期受特定有机活性层物质及环境影响,仍可能发生缓慢的化学反应致性能下降;银纳米线导电膜化学性质相对活泼,更容易受到有机活性层物质的侵蚀,发生诸如氧化、腐蚀等问题,影响导电膜的性能和稳定性。
柔性
高柔性的导电膜更适合OPV应用于弯曲、折叠或非平面的表面,例如可穿戴设备、柔性电子器件、曲面建筑等,极大地拓展了其应用范围。

Heliatek-OPV产品
附着力
附着力强,使电极层与基底或其他相邻层之间,不易发生剥离或分层现象,确保在OPV中长期稳定工作。
四、有机光伏(OPV)需要什么样的导电膜?
目前,于有机光伏(OPV)而言,需要提升电池的效率与使用寿命。其根本是要提升开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)以及填充因子(FF),使光电转换效率(PCE)得到提升。当然,这是非常复杂的,需要从多方面入手,比如电池的各种材料、电池结构等。
就透明电极方面,需要导电膜具备低方阻、高透光率、高柔性、高稳定性,且需要适配的功函数。另外,还需要考虑导电膜的表面能、附着力等因素。
钛翼提供适用于柔性有机光伏的膜材,具有低方阻、高透光率、高柔性和高稳定性,且高附力着、低表面粗糙度,有利于提升光电转换率(PCE),获得有机光伏(OPV)领域厂商的高度认可。
结语
导电膜作为OPV的关键组件,其性能对电池的各项关键指标起着重要作用。从导电性、功函数到透光率,再到表面能、粗糙度、稳定性、柔性及附着力等,每一个性能维度都紧密关联着OPV电池的整体表现。

