有机光电转换器件制造技术

本申请公开了一种光电转换器件，包括：底电极；顶电极；位于所述底电极和顶电极之间的光活性层；位于所述底电极和光活性层、和/或所述顶电极和光活性层之间的吸收光谱和所述光活性层互补的光谱增感层。光谱增感层参与器件中电荷的传输过程。光谱增感层同光活性层之间具有光谱吸收互补性能，可以提高器件对光谱的响应能力。

【技术实现步骤摘要】
有机光电转换器件
本申请属于光电转换器件领域，特别是涉及一种具有光谱增感层的光电转换器件。
技术介绍
基于半导体技术的光电转换技术不断进步，尤其是基于有机半导体材料的有机薄膜光伏电池。目前，新型有机光电半导体材料不断出现，其光吸收和光电转换效率不断增力口。作为光活性层，有机共轭半导体材料主要承担光吸收、产生激子，激子分离产生自由移动的电荷的作用。其中光吸收是后续系列过程的基础显得，因此非常重要。目前人们主要通过合成窄带隙的有机共轭分子来提高光谱吸收效率。 有机共轭分子的吸收光谱主要是由分子中价电子在共轭π轨道上的跃迁而产生的，因此，有机半导体材料的吸收光谱呈带状，即材料存在明显的吸收波峰与吸收波谷。基于此的有机薄膜光伏器件，在有机半导体材料吸收波谷处的量子转换效率较低，影响了器件的光电转换性能。 解决这一问题的常见方法包括:1.利用多种材料的共混制备复合光活性层技术:即将具有不同光谱响应能力的材料，通过共混制备形成复合的光活性层来扩展器件的光谱响应能力；2.利用多结电池串并联技术:即分别利用两种光谱吸收互补的材料制备成两个独立的电池，通过串联或者并联的技术制备多结电池，实现增强光谱吸收的作用。然而，上述第一种复合光活性层技术方法中材料共混需要精确控制混合比例，否则由于不同材料分子能级互相干扰，最终导致器件性能变差；而第二种叠层多结电池技术则对前后各结电池的要求较高，需要载流子数量和传输平衡匹配，而且叠层电池制备工艺复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含有光谱增感层的光电转换器件，以提高器件对太阳能光谱的吸收能力，提高器件对太阳能光谱的利用效率。 为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案:本申请实施例公开一种光电转换器件，包括:底电极；顶电极；位于所述底电极和顶电极之间的光活性层；位于所述底电极和光活性层、和/或所述顶电极和光活性层之间的吸收光谱和所述光活性层互补的光谱增感层。 作为本专利技术的进一步改进，所述光活性层由有机共轭电子给体材料与电子受体材料共混组成，所述的有机共轭电子给体材料包括有机共轭聚合物和有机共轭寡聚物，所述的电子受体材料包括富勒烯衍生物及有机小分子电子受体材料。 作为本专利技术的进一步改进，所述光活性层的材质为PBDT-TT-F:PCBM (苯并二噻吩-氟代噻并噻吩共聚物与富勒烯衍生物共混形成的薄膜)，所述光谱增感层的材质为P3HT (聚(3-己基噻吩))。 作为本专利技术的进一步改进，所述光谱增感层为有机共轭聚合物或者有机共轭寡聚物。 作为本专利技术的进一步改进，所述的有机共轭聚合物选自由噻吩、芴、咔唑、吡咯并吡咯二酮、苯并噻二唑、苯并二噻吩、噻并噻吩中的一种或多种单元及衍生单元形成的均聚物或者共聚物。 作为本专利技术的进一步改进，所述的有机共轭寡聚物选自线性寡聚噻吩、功能修饰寡聚噻吩、支化结构的寡聚噻吩、共轭有机分子染料中的一种或多种。 作为本专利技术的进一步改进，所述底电极和/或顶电极的表面还修饰有电极修饰层，所述电极修饰层的材质选自有机聚合物、金属氧化物或碱金属的盐，所述有机聚合物选自聚3，4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PED0T:PSS)或共轭聚合物电解质中的一种或多种；所述金属氧化物选自钛的氧化物、锌的氧化物、钒的氧化物、钥的氧化物、钨的氧化物或镍的氧化物中的一种或多种；所述的碱金属的盐选自氟化锂、碳酸铯、苯甲酸锂中的一种或多种。 与现有技术相比，本申请在选定了一种用于光活性层的聚合物材料之后，选取吸收光谱具有互补性能的另外一种有机材料，通过旋涂或者其他薄膜沉积工艺，将其沉积在电极和光活性层之间。这一层光谱增感薄膜能够吸收光活性层所不能吸收的太阳光谱，从而能够提高器件对太阳光谱的采集效率，提高器件的光电转换性能。 【附图说明】 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 图1所示为本专利技术第一实施例中光电转换器件的结构示意图；图2所示为本专利技术第二实施例中光电转换器件的结构示意图；图3所示为本专利技术第三实施例中光电转换器件的结构示意图；图4所示为本专利技术最佳实施例中光电转换器件的结构示意图；图5所示为P3HT、PBDT-TT-F和PCBM的化学结构式；图6所示为P3HT和PBDT-TT-F薄膜的光谱吸收特性；图7是具有光谱增感层的器件与不具有光谱增感层的器件的EQE比较。 【具体实施方式】 为了克服现有有机光电转换器件中对某些波段的光吸收不足的缺点，本专利技术采用通过在器件中加入一层独立的光谱增感层，来提高器件对太阳能光谱的吸收能力，提高器件对太阳能光谱的利用效率。 本专利技术实施例公开了一种光电转换器件，包括:底电极； 顶电极；位于所述底电极和顶电极之间的光活性层；位于所述底电极和光活性层、和/或所述顶电极和光活性层之间的吸收光谱和所述光活性层互补的光谱增感层。 上述的光电转换器件优选为太阳能电池，也可以为光电倍增管、光电检测器等其它器件。 本专利技术所用光谱增感层与光活性层之间吸收光谱具有互补性，其包含以下三层含乂:1、用于制备光谱增感层的材料与光活性层中的材料不能是同一材料，从而使得光谱增感层的吸收波段与光活性层的吸收波段不重合；2、光谱增感层可以吸收比光活性层主要吸收波长更短的光谱波段；3、光谱增感层可以吸收比光活性层主要吸收波长更长的光谱波段。 光谱增感层的位置包括三种:参图1所示，在第一实施例中，光谱增感层50位于底电极20和光活性层30之间。具体地，光电转换器件包括透明基底10，以及分别形成于透明基底10上的底电极20、光谱增感层50、光活性层30和顶电极40。 参图2所示，在第二实施例中，光谱增感层50位于顶电极40和光活性层30之间。具体地，光电转换器件包括透明基底10，以及分别形成于透明基底10上的底电极20、光活性层30、光谱增感层50和顶电极40。 参图3所示，在第三实施例中，光谱增感层50包括第一增感层51和第二增感层52，分别位于底电极20和光活性层30、以及顶电极40和光活性层30之间具体地，光电转换器件包括透明基底10，以及分别形成于透明基底10上的底电极20、第一增感层51、光活性层30、第二增感层52和顶电极40。 在上述三种实施例的任意一种器件结构中，光谱增感层都参与了器件的电荷传输过程。 在上述的光电转换器件中，底电极优选为透明导电电极，其可以是氧化铟锡透明电极、氟掺杂的氧化锡透明电极、有机导电聚合物电极、有机聚合物/金属复合电极；顶电极为金属电极或由金属组成的栅格电极，优选金属为铝、银、镁或金。 为了进一步平整电极表面，同时调整电极的功涵，降低电荷在电极间的注入势垒，底电极的表面还可以修饰有电极修饰层。电极修饰层可以由有机导电聚合物或者金属氧化物或碱金属的盐。其中有机聚合物修饰层包括聚3，4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐层或共轭聚合物电解质层；金属氧化物修饰层包括:锌的氧化物、钛的氧化物、钒的氧化物、钥的氧化物、钨的氧化物、镍的氧化物；所述的碱金属的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电转换器件，其特征在于，包括：底电极；顶电极；位于所述底电极和顶电极之间的光活性层；位于所述底电极和光活性层、和/或所述顶电极和光活性层之间的吸收光谱和所述光活性层互补的光谱增感层。

【技术特征摘要】
1.一种光电转换器件，其特征在于，包括: 底电极； 顶电极； 位于所述底电极和顶电极之间的光活性层； 位于所述底电极和光活性层、和/或所述顶电极和光活性层之间的吸收光谱和所述光活性层互补的光谱增感层。2.根据权利要求1所述的光电转换器件，其特征在于:所述光活性层由有机共轭电子给体材料与电子受体材料共混组成，所述的有机共轭电子给体材料包括有机共轭聚合物和有机共轭寡聚物，所述的电子受体材料包括富勒烯衍生物及有机小分子电子受体材料。3.根据权利要求1或2所述的光电转换器件，其特征在于:所述光活性层的材质为PBDT-TT-F:PCBM,所述光谱增感层的材质为P3HT。4.根据权利要求1或2所述的光电转换器件，其特征在于:所述光谱增感层为有机共轭聚合物或者有机共轭寡聚物。5.根据权利要求4所述的光电转换器件，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：马昌期，吴振武，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32