本发明专利技术公开了一种基于纳米洋葱碳复合阳极缓冲层的太阳能电池，属于有机半导体薄膜太阳能电池领域。本发明专利技术提供的有机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)、复合阳极缓冲层(3)、光活性层(4)、阴极缓冲层(5)、金属阴极(6)；所述复合阳极缓冲层由导电聚合物PEDOT:PSS、小分子材料F4‑TCNQ以及纳米洋葱碳材料复合而成。通过在导电聚合物PEDOT:PSS中掺入一定比例的小分子材料F4‑TCNQ，以及高导电率的纳米洋葱碳，提高了器件的光电转换效率，增强了有机薄膜太阳能电池的空气稳定性，延长了其使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
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，具体涉及一种基于纳米洋葱碳复合阳极缓冲层的太阳能电池。
技术介绍
随着全球能源需求量的逐年增加，对可再生能源的有效利用成为亟待解决的问题。目前世界上使用的能源大多数来自于矿物燃料的开采，其中包括石油，天然气和煤等。然而，这些资源是有限的。占地球总能量99％以上的太阳能具有取之不尽、用之不竭、没有污染等优势，因而成为各国科学家开发和利用的新能源之一。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。与无机半导体材料相比，有机太阳能电池不仅具有相同的最高理论能量转换效率,而且还具有质量轻、可湿法成膜、能加工成特种形状易制成柔性器件、甚至可以实现全塑料化等显著优势，目前己经成为国内外研发的热点之一。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。制备合适的缓冲层是提高有机太阳电池光电转换效率的有效方法。传统的正型结构器件普遍使用PEDOT:PSS作为其阳极缓冲层，使得有机太阳能电池的效率及已经获得明显的提升。但由于导电聚合物PEDOT:PSS酸性较强，且空气稳定性差，使得器件在空气中的稳定性较差，器件寿命较短。近年来，小分子材料F4-TCNQ，由于其吸电子能力强，能够增加器件中的空穴传输速率，使得其成为了有机聚合物太阳能电池中阳极缓冲层较好的选择。然而其F4-TCNQ本身的空穴迁移率较低，必须将F4-TCNQ与其他空穴迁移率较高的材料掺杂，才能够使其发挥效果，增加其载流子的传输速率。因此，由于传统的PEDOT:PSS作为其阳极缓冲层存在较多缺点，通过将多种有机无机材料与PEDOT:PSS相结合的方式，从而优化化和修饰阳极缓冲层是提高有机太阳能电池光电转换效率的关键，也是目前此领域研究的重点及难点。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于纳米洋葱碳复合阳极缓冲层的太阳能电池，通过引入一层复合阳极缓冲层，从而优化化和修饰阳极缓冲层，以解决现有技术中有机太阳能电池光电转换效率低、器件寿命较短的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案概述如下：一种基于纳米洋葱碳复合阳极缓冲层的太阳能电池，采用正型结构，从下至上依次设置为：衬底、透明导电阳极ITO、复合阳极缓冲层、光活性层、阴极缓冲层、金属阴极；所述复合阳极缓冲层由导电聚合物PEDOT：PSS、纳米洋葱碳以及小分子材料复合而成，复合阳极缓冲层中各组分的质量百分比分别为：导电聚合物PEDOT：PSS 28％～42％、纳米洋葱碳35％～45％、小分子材料13％～37％，所述阴极缓冲层的厚度为20～40nm。优选的，所述导电聚合物PEDOT：PSS采用水分散液制备而成，浓度为0.5～2mg/ml。优选的，所述小分子材料为F4-TCNQ，小分子材料的溶剂为甲醇，浓度为0.2～5mg/ml。优选的，所述纳米洋葱碳采用纳米洋葱碳乙醇分散液制备而成，浓度为1～5mg/ml。优选的，所述光活性层由电子给体材料PTB7与电子受体材料PCBM的混合溶液制备而成，光活性层的厚度为80～100nm；所述混合溶液中PTB7和PCBM的质量百分比为1:2～2:1，混合溶液的浓度为5～10mg/ml。优选的，所述阴极缓冲层的材料为MoO3，阴极缓冲层的厚度为5～20nm。优选的，所述金属阴极的材料为Ag、Al或Cu中的一种或多种，金属阴极的厚度为100～200nm。优选的，所述衬底的材料为玻璃或透明聚合物。优选的，所述透明聚合物的材料为聚乙烯、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。本专利技术中使用的纳米洋葱碳(Carbon Onions,CNOs)是纳米洋葱状富勒烯的简称，纳米洋葱碳作为一种新型的碳材料，具有超高的导电性，透明，以及稳定性强等特点。相对于现有技术，本专利技术所产生的有益效果：1、通过在PEDOT:PSS中引入小分子材料F4-TCNQ，由于F4-TCNQ的强吸电子效应，有效地降低了阳极缓冲层与光活性层之间的接触势垒，增强了阳极缓冲层的空穴迁移率，从而提高了载流子传输效率；2、通过引入高导电率的纳米洋葱碳，有效地降低了器件的串联电阻，降低了空穴在阳极缓冲层/光活性层界面的复合几率及空穴传输到阳极的数量，提升了载流子传输速率，从而提升了器件的短路电流；3、通过引入稳定性极强的纳米洋葱碳，能够有效隔绝空气中的水氧，同时能够消除PEDOT:PSS对活性层的侵蚀，大大提升了器件的空气稳定性及器件寿命。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术的结构示意图；图2是纳米洋葱碳的结构示意图；图中标号分别为：1、衬底；2、透明导电阳极ITO；3、复合阳极缓冲层；4、光活性层；5、阴极缓冲层；6、金属阴极。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术的实施方式包括但不限于下列实施例。实施例1一种太阳能电池，其形状结构如图1所示，采用正型结构，从下至上依次设置为：衬底1、透明导电阳极ITO 2、阳极缓冲层、光活性层4、阴极缓冲层5、金属阴极6，所述阳极缓冲层为导电聚合物PEDOT：PSS。本实施例提供的一种常规结构的太阳能电池的制造方法为：对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底1及透明导电阳极ITO 2所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；在透明导电阳极ITO 2表面旋转涂覆PEDOT：PSS的阳极缓冲层(3500rpm,60s,45nm)，并将所形成的薄膜进行烘烤(150℃,60min)；在阳极缓冲层上采用旋涂法制备含PTB7/PCBM(PTB7和PCBM的质量百分比为1:1.5,浓度为10mg/ml)的光活性层4(1200rpm,40s)，在氮气氛围下干燥两个小时；在光活性层4的表面蒸镀Bphen(15nm)制备阴极缓冲层5；在阴极缓冲层5上蒸镀金属阴极6，本对照组的金属阴极6采用Ag，其厚度为100nm。在标准测试条件下：AM 1.5,100mW/cm2，测得器件的开路电压(VOC)＝0.58V，短路电流(JSC)＝10.12mA/cm2，填充因子(FF)＝0.59，光电转换效率(PCE)＝3.46％。未封装的器件在空气环境中经过24小时后，性能衰减76％。经过一周后，性能衰减93％。实施例2如图1所示，一种基于纳米洋葱碳复合阳极缓冲层的太阳能电池，采用正型结构，从下至上依次设置为：衬底1、透明导电阳极ITO 2、复合阳极缓冲层3、光活性层4、阴极缓冲层5、金属阴极6，所述复合阳极缓冲层3由导电聚合物PEDOT：PSS、纳米洋葱碳以及小分子材料复合而成，复合阳极缓冲层3中各组分的质量百分比分别为：导电聚合物PEDOT：PSS 42％、纳米洋葱碳45％、小分子材料13％，所述阴极缓冲层5的厚度为20～40nm。本实施例中，所述纳米洋葱碳的结构如图2所示，本实施例中使用的纳米洋葱碳(Carbon Onions,CNOs)是纳米洋葱状富勒烯的简称，纳米洋葱碳作为一种新型的碳材料，具有超高的导电性，透明，以及稳定性强等特点，本实施例的小分子材料为F4-TCNQ，F4-TCNQ的吸电子能力强，能够增加器件中的空穴传输速率。本实施例提供本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于纳米洋葱碳复合阳极缓冲层的太阳能电池，采用正型结构，其特征在于：从下至上依次设置为：衬底(1)、透明导电阳极ITO(2)、复合阳极缓冲层(3)、光活性层(4)、阴极缓冲层(5)、金属阴极(6)，所述复合阳极缓冲层(3)由导电聚合物PEDOT：PSS、纳米洋葱碳以及小分子材料复合而成，复合阳极缓冲层(3)中各组分的质量百分比分别为：导电聚合物PEDOT：PSS 28％～42％、纳米洋葱碳35％～45％、小分子材料13％～37％，所述阴极缓冲层(5)的厚度为20～40nm。
【技术特征摘要】
1.一种基于纳米洋葱碳复合阳极缓冲层的太阳能电池，采用正型结构，其特征在于：从下至上依次设置为：衬底(1)、透明导电阳极ITO(2)、复合阳极缓冲层(3)、光活性层(4)、阴极缓冲层(5)、金属阴极(6)，所述复合阳极缓冲层(3)由导电聚合物PEDOT：PSS、纳米洋葱碳以及小分子材料复合而成，复合阳极缓冲层(3)中各组分的质量百分比分别为：导电聚合物PEDOT：PSS 28％～42％、纳米洋葱碳35％～45％、小分子材料13％～37％，所述阴极缓冲层(5)的厚度为20～40nm。2.如权利要求1所述的一种基于纳米洋葱碳复合阳极缓冲层的太阳能电池，其特征在于：所述导电聚合物PEDOT：PSS采用水分散液制备而成，浓度为0.5～2mg/ml。3.如权利要求2所述的一种基于纳米洋葱碳复合阳极缓冲层的太阳能电池，其特征在于：所述小分子材料为F4-TCNQ，小分子材料的溶剂为甲醇，浓度为0.2～5mg/ml。4.如权利要求1所述的一种基于纳米洋葱碳复合阳极缓冲层的太阳能电池，其特征在于：所述纳米洋葱碳采用纳米洋葱碳乙醇分散液制备而成，浓度为1～5mg...
【专利技术属性】
技术研发人员：于军胜，郑丁，王瀚雨，范谱，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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