与硅基太阳能电池不同，有机/聚合物太阳能电池光电转换的基本原理是入射光被活性层吸收所产生的光生伏特效应。与无机半导体材料不同，有机/聚合物材料的介电常数为3～4，因此当活性层吸收入射光后，并不能直接形成自由载流子，而是形成了束缚的电子-空穴对（激子）。电子-空穴对扩散至给体和受体界面时会被受体材料提取，电子和空穴分离，形成了自由载流子。空穴和电子分别沿着给体材料和受体材料传输，最终被电极收集形成光电流。如图7-13所示，有机/聚合物太阳能电池中的光电转换过程可以总结为以下四个部分。

图7-13　有机/聚合物太阳能电池光电转换的基本原理

（1）光子吸收。当入射光进入活性层时，能量大于给体材料禁带宽度（Eg）的光子将电子从基态激发到激发态，即电子从最高占据分子轨道（HOMO）跃迁到最低未占分子轨道（LUMO），形成了激子。

（2）激子扩散。所产生的激子在给体材料中进行扩散，其扩散距离大约为10nm，如果在此范围内激子扩散至给体和受体界面，激子将发生分离，否则将发生复合。(www.daowen.com)

（3）激子分离。到达给体和受体界面的激子在内建电场的作用下将分离成电子和空穴，分离后的空穴和电子将分别沿着给体材料和受体材料传输。

（4）电荷收集。在界面处分离的电子和空穴在内建电场的作用下分别在受体材料和给体材料中传输，到达电极后被收集形成光电流。

相较于其他种类的太阳能电池，有机/聚合物太阳能电池的发展经历了漫长的历史。1979年，Deng等用酞菁铜（CuPc）作为电子给体材料、四羧基苝衍生物（PV）为电子受体材料，制备了第一个双层平面异质结结构的太阳能电池。经过30多年的发展，直到2010年，Liang等用合成的聚苯并二噻吩（PTB7）与[6，6]-苯基-C71-丁酸甲酯（PC71BM）在氯苯溶剂中共混作为电池活性层，并引入 1，8-二碘辛烷（DIO）作添加剂，获得了7.4％的光电转换效率，有机/聚合物太阳能电池效率才首次超过7％。

受限于当时有机/聚合物材料的发展速度，有机/聚合物太阳能电池的光电转换效率远低于同时代的晶体硅太阳能电池，使得其在产业化发展进程中大幅度落后。近年来，随着光电材料领域的崛起，有机/聚合物太阳能电池效率提升迅速。2018年，单节有机/聚合物太阳能电池的光电转换效率已达到16.4％。