一种含有天然萃取物的有机太阳能电池及其制备方法技术

技术编号:20393263 阅读:24 留言:0更新日期:2019-02-20 04:14
本发明专利技术公开了一种含有天然萃取物的有机太阳能电池,包括依次层叠设置的衬底层、透明导电阴极层、阴极缓冲层、光活性层、阳极缓冲层和金属阳极,所述阴极缓冲层包括阴极缓冲层材料和掺杂在所述阴极缓冲层材料中的天然萃取物;或者所述阴极缓冲层包括阴极缓冲层材料和覆在所述阴极缓冲层材料上的天然萃取物。本发明专利技术通过掺入或涂覆天然萃取物能够有效地增加了电子的迁移率、增大了电流密度,提升了有机太阳能电池的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种含有天然萃取物的有机太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及有机聚合物光伏器件或有机半导体薄膜太阳能电池领域,尤其是涉及一种含有天然萃取物的有机太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
随着传统化石能源的日益耗尽,通过光伏发电技术直接从太阳光中获得能量被认为是未来人类最基本最有希望的能源来源之一。虽然照射到地球上的太阳能数量巨大,但是直接利用太阳光能发电面临的最主要困难是其单位面积的能量密度太低。只有我们能够大规模地制造出大面积的高效太阳电池,光伏发电才有可能成为我们日常生活中最重要的一个能源组成部分。以硅为代表的无机太阳电池的制备技术和应用技术已经相当成熟,目前已经得到了大规模的商业化应用。硅太阳电池用于转换太阳能有许多优点,如在地球上的储量非常丰富,在地壳里元素含量仅次于氧,排第二位;转换效率高,单节单晶硅太阳电池的转换效率已经达到了25%;吸收光谱宽;使用寿命长等。虽然硅太阳电池拥有诸多的优点,但其制备的成本高,且在制备的过程中消耗的能量大,制备的过程产生众多的有毒物质和废气,制备工艺复杂等。其它种类的无机太阳电池亦存在这些问题。和无机太阳电池相比,有机太阳电池拥有诸多优点,可进行溶液加工,可以通过卷对卷印刷工艺进行生产;成本低,材料的来源广泛合成工艺简单,且材料的吸收带隙可以通过调节分子的结构来实现,加工性能优越。因此,有机太阳电池被认为是第三代的太阳电池存在。目前,研究工作者们通常通过设计合成使用高效的新材料,设计新型器件结构,对光活性层和界面缓冲层进行修饰改性等方法,使有机太阳能电池的性能不断提高,但往往使用的新材料成本高、制备工艺复杂,制备得到的有机太阳能电池的性能也有待提高。
技术实现思路
针对现有技术的不足,本专利技术所要解决的技术问题是提供一种含有天然萃取物的有机太阳能电池及其制备方法。本专利技术所采取的技术方案是:本专利技术提供一种含有天然萃取物的有机太阳能电池,包括依次层叠设置的衬底层、透明导电阴极层、阴极缓冲层、光活性层、阳极缓冲层和金属阳极,所述阴极缓冲层包括阴极缓冲层材料和掺杂在所述阴极缓冲层材料中的天然萃取物;或者所述阴极缓冲层包括阴极缓冲层材料和覆在所述阴极缓冲层材料上的天然萃取物。优选地,所述天然萃取物由破碎的植物经有机溶剂萃取得到。进一步地,所述有机溶剂为无水乙醇、丙酮中的至少一种。更进一步地,所述有机溶剂为无水乙醇和丙酮,无水乙醇:丙酮的体积比为3:1。优选地,所述阴极缓冲层的厚度为25~30nm。优选地,所述阴极缓冲层中天然萃取物的掺杂质量分数为1%-6%。优选地,所述阴极缓冲层材料为TiOx、LiF、ZnO中的至少一种。优选地,所述光活性层包括电子给体材料和电子受体材料,所述电子给体材料为PCE-10、PBDB-T中的至少一种;所述电子受体材料为PC70BM、ITTC中的至少一种。优选地,所述阳极缓冲层的材料为PEDOT:PSS、MoO3、V2O5、NiO中的至少一种。优选地,所述阳极缓冲层的厚度为8~10nm。优选地,所述衬底材料为透明导电玻璃。优选地,所述金属阳极的材料为Al、Ag中的至少一种。优选地,所述金属阳极的厚度为80~150nm。本专利技术还提供一种上述的含有天然萃取物的有机太阳能电池的制备方法,包括在透明导电阴极层上制备阴极缓冲层的步骤,具体为:在所述透明导电阴极层上涂覆阴极缓冲层材料前驱体和天然萃取物的混合溶液,加热处理使得所述阴极缓冲层材料前驱体分解形成阴极缓冲层材料,获得阴极缓冲层;或者在所述透明导电阴极层上涂覆阴极缓冲层材料前驱体,加热处理使得所述阴极缓冲层材料分解形成阴极缓冲层材料,后在所述阴极缓冲层材料上涂覆天然萃取物,获得阴极缓冲层。本专利技术的有益效果是:本专利技术提供一种有机太阳能电池,通过在有机太阳能电池的阴极缓冲层中掺入或涂覆天然萃取物,有效地增加了电子的迁移率、增大了电流密度,提升了有机太阳能电池的性能,此外天然萃取物来源丰富且容易提取,能够有效地降低成本并满足大面积生产,对环境无污染。附图说明图1为实施例1中含有天然萃取物的有机太阳能电池的结构示意图;图2为实施例1中的天然萃取物掺杂的ZnO的扫描电子显微镜图;图3为实施例2中的天然萃取物涂覆的ZnO的扫描电子显微镜图;图4为对比例1中纯ZnO的扫描电子显微镜图;图5为实施例1-2和对比例1中的有机太阳能电池的电压-电流密度曲线。具体实施方式以下将结合实施例对本专利技术的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述,以充分地理解本专利技术的目的、特征和效果。显然,所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例,而不是全部实施例,含有本专利技术的实施例,本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例,均属于本专利技术保护的范围。实施例1参见图1,本实施例提供一种含有天然萃取物的有机太阳能电池,采用倒置结构,包括依次层叠设置的衬底层1、透明导电阴极层2、阴极缓冲层3、光活性层4、阳极缓冲层5和金属阳极6,所述衬底层1为玻璃基板,所述透明导电阴极层2为ITO层,所述阴极缓冲层3包括阴极缓冲层材料ZnO和掺杂在所述阴极缓冲层材料中的天然萃取物,所述天然萃取物通过使用无水乙醇和丙酮作为溶剂提取菠菜制得,所述光活性层4包括电子给体材料PCE-10和电子受体材料PC70BM,所述阳极缓冲层5为MoO3,所述金属阳极6为Al。本实施例还提供一种上述含有天然萃取物的有机太阳能电池的制备方法,包括以下步骤:(1)购买新鲜的菠菜,去除根茎和较大的叶脉后,洗干净晾干后用剪刀剪碎加入SiO2和CaCO3研磨,再加入无水乙醇和丙酮的混合溶剂,其中无水乙醇:丙酮的体积比=3:1,静置12h后过滤3次,从而得到天然萃取物和无水乙醇以及丙酮的混合溶液,用旋转蒸发仪蒸干溶剂得到天然萃取物;(2)对由玻璃基板和ITO层构成的ITO导电玻璃清洗后烘干,在所述透明导电阴极层ITO层的表面旋涂掺杂100uL的述天然萃取物的醋酸锌溶液(旋涂速度2500rpm,时间30s,厚度30nm),并在200℃下加热处理1h制备得到含有天然萃取物的ZnO,作为阴极缓冲层,其中阴极缓冲层中天然萃取物的掺杂质量分数为5%;(3)移到充满氮气的手套箱里,在上述阴极缓冲层上旋涂光活性层PCE-10:PC70B(两者混合后质量浓度比为12mg/mL:8mg/mL,旋涂速度1400rmp,时间40s,厚度100nm),移至蒸镀箱中在光活性层上蒸镀厚度为10nm的阳极缓冲层MoO3,在阳极缓冲层上蒸镀厚度为100nm金属阳极Al。本专利技术的有机电池各个构成部分的材料不限于上述具体材料,阴极缓冲层材料包含但不限于TiOx、LiF、ZnO的一种或多种,光活性层中的电子给体材料包含但不限于PCE-10、PBDB-T中的至少一种,电子受体材料包含但不限于PC70BM、ITTC中的至少一种,阳极缓冲层的材料包含但不限于PEDOT:PSS、MoO3、V2O5、NiO中的至少一种,金属阳极的材料包含但不限于Al、Ag中的至少一种。本专利技术中使用的天然萃取物利用有机溶剂萃取植物制得,含有的组分为非单一成分,通过实验研究发现使用其掺杂或涂覆阴极缓冲层材料有利于提高有机太阳能电池的性能。实验还研究发现相较于其他溶剂、单独使用无水乙醇或单独使用丙酮,同时使用无水乙醇和丙酮的混合溶剂得到的天然萃取物的本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种含有天然萃取物的有机太阳能电池,其特征在于,包括依次层叠设置的衬底层、透明导电阴极层、阴极缓冲层、光活性层、阳极缓冲层和金属阳极,所述阴极缓冲层包括阴极缓冲层材料和掺杂在所述阴极缓冲层材料中的天然萃取物;或者所述阴极缓冲层包括阴极缓冲层材料和覆在所述阴极缓冲层材料上的天然萃取物。

【技术特征摘要】
1.一种含有天然萃取物的有机太阳能电池,其特征在于,包括依次层叠设置的衬底层、透明导电阴极层、阴极缓冲层、光活性层、阳极缓冲层和金属阳极,所述阴极缓冲层包括阴极缓冲层材料和掺杂在所述阴极缓冲层材料中的天然萃取物;或者所述阴极缓冲层包括阴极缓冲层材料和覆在所述阴极缓冲层材料上的天然萃取物。2.根据权利要求1所述的含有天然萃取物的有机太阳能电池,其特征在于,所述天然萃取物由破碎的植物经有机溶剂萃取得到。3.根据权利要求2所述的天然萃取物掺杂阴极缓冲层的有机太阳能电池,其特征在于,所述有机溶剂为无水乙醇、丙酮中的至少一种。4.根据权利要求3所述的含有天然萃取物的有机太阳能电池,其特征在于,所述有机溶剂为无水乙醇和丙酮,无水乙醇:丙酮的体积比为3:1。5.根据权利要求1-4任一项所述的含有天然萃取物的有机太阳能电池,其特征在于,所述阴极缓冲层中天然萃取物的掺杂质量百分数范围为1%-6%。6.根据权利要求1-4任一项所述的含有天然萃取物的有机太阳能电池,其特征在于,所述阴极缓冲层材料为TiOx、LiF、ZnO中的至少一种。7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员:辇理张谦容齐坤周国富
申请(专利权)人:华南师范大学深圳市国华光电科技有限公司深圳市国华光电研究院
类型:发明
国别省市:广东,44

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