Organic Solar Cells：Energetic and Nanostructural Design
作者：Masahiro Hiramoto, Seiichiro Izawa
出版社：Springer
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自2000年以来的20年里，有机太阳能电池的光电转换效率一直以几乎每年1%的速度稳步增长，并且尚未达到饱和。与传统的硅基太阳能电池不同，有机太阳能电池可以做得更轻、更薄，并且还很容易印刷实现大面积制备，能够制备柔性太阳能电池。
第一章主要阐述了有机太阳能电池的一些基本概念，包括激子、光电流的形成，激子扩散，异质结的形成与机制。第二章详细介绍了异质结的形成，1986年首先报导了双层太阳能电池的构建，这一发现极大提高了太阳能电池的光伏效率。除了含有 p-n 结的双层太阳能电池外，研究者开发了一系列基于 p-i-n 异质结的有机太阳能电池。第三章有关于异质结中的横向传输过程，基于激子扩散理论，横向结的构建使得沿着基底的长程传输过程成为可能。
第四章特别介绍了使用10 μm 结晶态有机层作为光伏活性层的有机太阳能电池，并对吸收特性等光伏性能与波长的关系作了深入研究。第五章介绍了聚合物太阳能电池的设计与应用，这些聚合物一般具有共轭的长链，典型的如聚噻吩系列，噻唑-噻吩共聚物，噻二唑等聚合物，都是有利于激子形成和传输的优良材料。而聚合物太阳能电池中一个关键问题就是电荷的转移过程，第六章从动力学、电荷耦合等方面，分析了有机光伏材料中电荷的转移速度。第七章使用计算化学的方法，从第一性原理出发，通过激发态计算揭示了有机半导体在光照下的电子特性，对理论上设计高效率的有机光伏材料有很大帮助。第八章是关于有机太阳能电池的开路电压的组成，由于半导体层复杂的电荷转移过程，除了在异质结中产生的电位以外，还有等效内阻引起的压降和损耗，研究其电压变化和影响机制，有助于减少损耗，提高光伏效率。除了使用多层结构和异质结实现高效率外，通过 ppm 级别的掺杂有利于形成供体-受体结构，具有更高的掺杂效率，除了形成金属-有机层异质结外，还能形成有机层-有机层的异质结，使用不同掺杂模式的 C60 还能形成 p-n 结，产生势阱。
在最后一章，作者提出了一些有机光伏材料展望。除了本征柔性、便于大面积制备等有机物的优势外，通过调节官能团和掺杂尺度等，有机光伏材料还能够对光谱进行精细的划分，从而对自然光谱具有更高的利用率。虽然目前有机光伏材料的效率已经逼近传统的硅基光伏材料，目前还面临着抑制激子的非辐射湮灭等关键问题，在未来仍然有很大的发展空间。
本书内容详尽，系统阐述了有机太阳能电池的发展历程、研究现状以及未来的发展方向，适合有机半导体相关领域的研究人员、教师和学生参考。
书评作者：金麒生
中国科学院大学化学学院
研究方向为金属有机化学