一种有机薄膜太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种有机薄膜太阳能电池及其制备方法，属于有机聚合物光伏器件或有机半导体薄膜太阳能电池领域，解决阴极缓冲层与光活性层的接触势垒的问题。该太阳能电池采用正型结构，从下到上依次为衬底、透明导电阳极ITO、阳极缓冲层、光活性层、极性溶剂缓冲层、阴极缓冲层、金属阴极，所述极性溶剂缓冲层的厚度范围为2～5nm，质量百分比的组成为95%～99%的2-甲氧基乙醇，1～5%的乙醇胺。本发明专利技术在光活性层与阴极缓冲层中间加入了极性溶剂缓冲层，能有效地降低阴极缓冲层与光活性层的接触势垒，降低了器件串联电阻，提高了载流子传输效率，最终提高了器件的光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，属于有机聚合物光伏器件或有机半导体薄膜太阳能电池领域，解决阴极缓冲层与光活性层的接触势垒的问题。该太阳能电池采用正型结构，从下到上依次为衬底、透明导电阳极ITO、阳极缓冲层、光活性层、极性溶剂缓冲层、阴极缓冲层、金属阴极，所述极性溶剂缓冲层的厚度范围为2～5nm，质量百分比的组成为95%～99%的2-甲氧基乙醇，1～5%的乙醇胺。本专利技术在光活性层与阴极缓冲层中间加入了极性溶剂缓冲层，能有效地降低阴极缓冲层与光活性层的接触势垒，降低了器件串联电阻，提高了载流子传输效率，最终提高了器件的光电转换效率。【专利说明】
，削除光活性层与阴极缓冲层之间形成的势垒，属于有机聚合物光伏器件或有机半导体薄膜太阳能电池领域。
技术介绍
随着全球能源需求的爆炸式增长，能源问题己经成为各国经济发展所要面临的首要难题。由于太阳能具有洁净、分布广泛、取之不尽用之不竭等特点，研究光伏发电解决能源问题成为可再生能源领域研究的重点与热点。目前，根据组成太阳能电池的光活性层的材料性质的不同，可以将活性层材料分为无机半导体材料和有机半导体材料，无机半导体材料有硒、锗和单晶硅或由两种元素构成的化合物。有机半导体是具有半导体性质的有机材料，即导电能力介于金属和绝缘体之间，具有热激活电导率且电导率在10-10?100S -Cm-1范围内的有机物。有机半导体可分为有机物、聚合物和给体-受体络合物三类。有机物类包括芳烃、染料、金属有机化合物，如紫精、酞菁、孔雀石绿、若丹明B等；聚合物类包括主链为饱和类聚合物和共轭型聚合物，如聚苯、聚乙炔、聚乙烯咔唑、聚苯硫醚等；电荷转移络合物由电子给予体与电子接受体二部分组成，典型的有四甲基对苯二胺与四氰基醌二甲烷复合物；有机半导体可用掺杂方法改变其导电类型和电导率。与无机半导体材料相t匕，有机半导体材料不仅材料本身的合成条件和器件化工艺条件相对温和，其分子化学结构容易修饰，用其来制作电池时，可以满足成本低、耗能少、容易大面积制作的要求。从20世纪90年代起，随着薄膜技术的迅猛发展，采用新材料新结构新工艺制备的电池的性能得到大幅度的提闻。然而，与无机太阳能电池的大规模生产相比，有机太阳能电池由于其光电转换效率还相对较低，其实用化还尚需时日。当前，正型太阳能电池，由于湿法技术的逐渐成熟，大量的适用于湿法制备的有机材料已被开发，使得传统有机薄膜太阳能电池朝着大规模生产更进一步。但由于有机太阳能研究时间相对较短，无法对有机薄膜结构进行最佳优化处理，同时针对激子分离及其载流子传输机理还未进行充分认识。因此研究如何进行缓冲层设计是提高有机太阳能电池的核心，也是目前此领域研究的重点及难点。限制正型结构有机太阳能电池器件效率的主要原因是光活性层与阴极缓冲极之间存在较大的接触势垒。而传统的解决方法是采用干法或湿法于其间制备一层阴极缓冲层来减小接触势垒。当前，尚未找到一种合适的阴极缓冲层来彻底消除此接触势垒。而由于此接触势垒的存在，将导致电子的传输与分离受阻，并使得器件拥有较大的界面接触电阻与较大的载流子复合几率，都将严重制约器件效率。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足之处提供了，通过极性溶剂缓冲层来修饰阴极缓冲层，降低了光活性层与阴极缓冲层间的接触势垒；降低了器件的串联电阻；提高了电子传输效率和器件短路电流密度。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是: 一种有机薄膜太阳能电池，其特征在于:该太阳能电池采用正型结构，从下到上依次为衬底、透明导电阳极ΙΤ0、阳极缓冲层、光活性层、极性溶剂缓冲层、阴极缓冲层、金属阴极，所述极性溶剂缓冲层的厚度范围为2?5nm，质量百分比的组成为95%?99%的2-甲氧基乙醇，I?5%的乙醇胺。作为优选，所述阳极缓冲层的材料为聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)_聚(苯乙烯磺酸)(PED0T:PSS)，厚度范围为15?50nm。作为优选，所述光活性层由电子给体材料P3HT与电子受体材料PCBM以质量比1:20?5:1混合得到的浓度为I?20mg/ml制备而成,该层厚度为50?300nm。作为优选，所述阴极缓冲层的材料为TPB1、BCP、Bphen、Alq3、ZnO或TiO2的一种或多种，厚度范围为I?20nm。作为优选，所述金属阴极的材料为Ag、Al或Cu，厚度范围为100?300nm。作为优选，所述衬底的材料为玻璃或透明聚合物，所述透明聚合物材料为聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂或聚丙烯酸的一种或多种。一种有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)对由衬底及透明导电阳极ITO所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干； (2)在透明导电阳极ITO表面旋转涂覆、印刷或喷涂阳极缓冲层PED0T:PSS溶液，并进行烘烤； (3)在阳极缓冲层上采用旋涂或喷涂或自组装或喷墨打印或丝网印刷的方式制备P3HT: PCBM光活性层，并进行烘烤； (4)在光活性层表面蒸发、旋转涂覆或喷涂极性溶剂缓冲层； (5)在极性溶剂缓冲层上旋转涂覆、印刷或喷涂ZnO或TiO2溶液，并将所形成的薄膜进行烘烤，或采用真空蒸镀法在极性溶剂缓冲层(5)上蒸镀TPB1、BCP、Bphen, Alq3制备阴极缓冲层； (6)将基板采用热退火的方式进行退火处理； (7)在阴极缓冲层上蒸镀金属阴极。作为优选，所述热退火温度范围为140?170°C。作为优选，所述热退火方式采用恒温热台加热、烘箱加热、远红外加热、热风加热或微波加热的一种或多种。作为优选，所述P3HT:PCBM薄膜烘烤的温度范围在20?150°C。与现有技术相比，本专利技术的优点在于: 一、通过极性溶剂缓冲层来修饰阴极缓冲层，有效地降低了阴极缓冲层与光活性层之间的接触势垒，从而提高了载流子传输效率； 二、通过极性溶剂缓冲层来修饰阴极缓冲层，有效地降低了器件的串联电阻，降低了电子在光活性层和阴极缓冲层界面的复合几率； 三、通过极性溶剂缓冲层来修饰阴极缓冲层，在光活性层和阴极缓冲层界面处形成了欧姆接触，从而提高了电子的传输速度，增大了器件的短路电流密度。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术的结构示意图； 图中:1-衬底，2-透明导电阳极IT0，3-阳极缓冲层，4-光活性层，5-极性溶剂缓冲层，6-阴极缓冲层，7-金属阴极。图2是本专利技术的器件参数对比示意图，由图可见，极性溶剂缓冲层修饰过的器件比对比器件性能获得了提升。【具体实施方式】下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，一种有机薄膜太阳能电池，该太阳能电池采用正型结构，从下到上依次为衬底、透明导电阳极ΙΤ0、阳极缓冲层、光活性层、极性溶剂缓冲层、阴极缓冲层、金属阴极，所述极性溶剂缓冲层的厚度范围为2?5nm，质量百分比的组成为95%?99%的2-甲氧基乙醇，I?5%的乙醇胺；所述阳极缓冲层的材料为聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PED0T:PSS)，厚度范围为15?50nm ;所述光活性层由电子给体材料P3HT与电子受体材料PCBM以质量比1:20?5:1混合得到的浓度为I?20mg/ml制备而成，该层厚度为50?300nm ;所述阴极缓冲层的材料为TPB1、BCP、Bphen, Alq3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机薄膜太阳能电池，其特征在于：该太阳能电池采用正型结构，从下到上依次为衬底（1）、透明导电阳极ITO（2）、阳极缓冲层（3）、光活性层（4）、极性溶剂缓冲层（5）、阴极缓冲层（6）、金属阴极（7），所述极性溶剂缓冲层（5）的厚度范围为2～5nm，质量百分比的组成为95%～99%的2‑甲氧基乙醇，1～5%的乙醇胺。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于军胜，郑毅帆，施薇，李曙光，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51