一种基于电子滤过层的有机太阳能电池制造技术

一种基于电子滤过层的有机太阳能电池，包括透明导电基底，形成在透明导电基底之上层叠的空穴传输层、吸光层、电子滤过层与金属电极,所述的电子滤过层为[C60‑AlQ3]21，所述的电子滤过层的厚度为15～30nm。所述电子过滤层能够有效阻挡激子，避免激子在阴极金属上的猝灭，同时可以有效收集电子，提高电池的能量转化效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电子滤过层的有机太阳能电池
本技术涉及太阳能电池
，具体为一种基于电子滤过层的有机太阳能电池。
技术介绍
随着工业社会的不断发展，人类对能源的需求量与日俱增，特别是近些年来，国际原油价格的不断上升，进一步引起了人们对能源问题的重视。以太阳能电池为核心的光伏产业直接将太阳能转化成电能，是目前人类可以利用的最清洁的能源之一，是公认的“绿色能源”。20世纪90年代发展起来的新型太阳能电池，具有成本低、质量轻、制造工艺简单、柔韧性良好并可采用直接打印的方法制备等优点，因而成为近些年新材料和新能源领域最富活力和生机的研究前沿之一。然而，目前有机太阳能电池的光电转化效率相对较低，极大的限制了其发展和应用。因此各种提高有机太阳能电池光电转化效率成为国内外研究者研究的焦点。有机太阳能电池器件通常包括衬底、阳极修饰层、光敏层、阴极修饰层和阴极。阴极修饰层对于有机太阳能电池的性能具有至关重要的影响。一般说来阴极修饰层具有以下几方面的作用：1、阻挡激子，避免激子在阴极金属上的猝灭，因此也叫激子阻挡层；2、与阴极形成欧姆接触，降低电子收集势垒。传统的阴极修饰层采用宽禁带的电子传输材料制备，例如BCP、Bphen等。电子传输的路径为热蒸镀金属阴极形成的缺陷态，所以阴极修饰层层不能做的很厚，一般厚度小于10个纳米。这种薄的阴极修饰层有以下弊端：1、电池性能强烈的依赖于电子修饰层的厚度，而其厚度较薄不易控制，不利于大规模工业生产；2、薄的电子传输层不利于电场分布的调节；3、薄的电子修饰层不利于阻挡水汽和氧气，降低电池的寿命；4、电荷传输性能不够高，不利于电子收集。因此，有机太阳能电池电子修饰层的创新具有重要的产业和研究意义。
技术实现思路
为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种基于电子滤过层的有机太阳能电池，包括透明导电基底(1)，形成在透明导电基底之上层叠的空穴传输层(2)、吸光层(3)、电子滤过层(4)与金属电极(5)所组成,所述的电子滤过层为C60与AlQ3的混合薄膜，其中C60与AlQ3的混合比例为质量比2：1，定义C60与AlQ3的混合比例为质量比2：1的混合膜为[C60-AlQ3]21，即电子滤过层(4)为[C60-AlQ3]21，所述的电子滤过层的厚度为15～30nm。优选的，所述的透明导电基底为ITO或者FTO玻璃基底或者其他聚合物柔性基底，所述导电基底的可见光透过率大于80％。优选的，所述的空穴传输层为高功函数透明无机金属氧化物薄膜MoO3或者为PEDOT:PSS；所述无机金属氧化物空穴传输层的厚度为10～20nm；所述PEDOT:PSS空穴传输层的厚度为30～50nm。优选的，所述的吸光层为有机小分子材料或者有机聚合物材料，所述吸光层采用平面异质结结构或者混合体异质结结构；所述吸光层的厚度为40～100nm。优选的，所述的金属电极为Al、Ag或者Au电极，厚度为100～300nm。与现有技术相比，本技术采用C60与AlQ3的混合薄膜作为电子滤过层，其有益效果是：1、C60可以提高电子滤过层的电荷传输性能，有利于电池效率的提高；2、AlQ3具备宽禁带结构，可以有效阻挡激子，避免激子在阴极金属上的猝灭；3、电子滤过层可以做的较厚，有利于电池中光场分布的调节；4、电子滤过层可以做的较厚，有利于阻挡水汽和氧气进去电池的光敏层，提高电池的寿命。附图说明图1为本技术结构示意图。图中：1、透明导电基底，2、空穴传输层，3、吸光层，4、电子滤过层，5、金属电极。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。请参阅图1，本技术提供一种技术方案：一种基于电子滤过层的有机太阳能电池，包括透明导电基底(1)，形成在透明导电基底之上层叠的空穴传输层(2)、吸光层(3)、电子滤过层(4)与金属电极(5)所组成,所述的电子滤过层为C60与AlQ3的混合薄膜，其中C60与AlQ3的混合比例为质量比2：1～4：1，定义C60与AlQ3的混合比例为质量比2：1的混合膜为[C60-AlQ3]21，所述的电子滤过层的厚度为15～30nm。优选的，所述的透明导电基底为ITO或者FTO玻璃基底，所述导电基底的可见光透过率大于80％。优选的，所述的空穴传输层为高功函数透明无机金属氧化物薄膜MoO3或者为PEDOT:PSS；MoO3厚度为10～20nm；PEDOT:PSS的厚度为30～50nm。优选的，所述的吸光层为有机小分子材料或者有机聚合物材料，所述吸光层采用P平面异质结结构或者混合体异质结结构；所述吸光层的厚度为40～100nm。优选的，所述的金属电极为Al、Ag或者Au电极，厚度为100～300nm。下面给出本技术的几个具体实施例，应该理解以下具体实施例只是本技术众多实施方式中的几个具体实例。实施例一一种基于电子滤过层的有机太阳能电池，包括ITO透明导电基底，其中ITO的可见光透过率大于85％；形成在ITO透明导电基底之上层叠的空穴传输层，空穴传输层采用10nm的MoO3；形成在空穴传输层之上的吸光层、吸光层采用SubPc/C60的平面异质结结构，其中SubPc层的厚度为20nm，C60层的厚度为40nm；形成在吸光层之上的电子滤过层，电子滤过层为[C60-AlQ3]21，电子滤过层的厚度为15nm；形成在电子滤过层上的100nmAl作为金属电极。本实施例的电池工作原理如下，太阳光从透明玻璃面入射进入有机电池，先后穿过玻璃基底，ITO导电层和MoO3阳极修饰层，到达SubPc/C60吸光层，由于玻璃、ITO导电层和MoO3阳极修饰层对可见光吸收很小，绝大多数光可以到达吸光层。吸光层吸收光后，在吸光层形成光生激子，也就是电子～空穴对，形成的激子向四周扩散。扩散到SubPc和C60界面的激子，在SubPc和C60的异质结界面处分解为自由电荷，扩散到C60与AlQ3混合膜电子滤过层的激子被AlQ3所阻挡，无法到达阴极金属，不会发生猝灭，有利于提高扩散到异质结界面的激子数量。在异质结界面处分解形成的自由载流子在电池阳极和阴极的形成的内建电场作用下，向电极漂移运动，电子往阴极方向漂移，空穴往阳极方向漂移。往阴极运动的电子经过C60与AlQ3混合膜电子滤过层，通过C60的LUMO能级，并终被Al电极所收集。由于电子的输运是通过C60的LUMO能级，而C60具备较高的电子迁移率，所以电子滤过层具备良好的电荷传输性能。同时，相对较厚的电子滤过层，有利于电池中电场强度最大处处于SubPc和C60的界面处，更多的激子可以发生分解，有利于提高电池的效率。实施例二一种基于电子滤过层的有机太阳能电池，包括ITO透明导电基底，其中ITO的可见光透过率大于85％；形成在ITO透明导电基底之上层叠的空穴传输层，空穴传输层采用40nm的PEDOT:PSS，可以采用溶液旋涂法制备；形成在空穴传输层之上的吸光层、吸光层采用P3HT:PCBM的混合体异质结构，其中P3HT:PCBM的混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电子滤过层的有机太阳能电池，包括透明导电基底(1)，形成在透明导电基底之上层叠的空穴传输层(2)、吸光层(3)、电子滤过层(4)与金属电极(5),所述的电子滤过层(4)为[C60‑AlQ3]21，所述的电子滤过层的厚度为15～30nm，所述吸光层(3)为SubPc/C60的平面异质结结构或者P3HT和PCBM的体异质结构中的任意一种；所述的空穴传输层(2)为高功函数透明无机金属氧化物薄膜MoO3或者为PEDOT:PSS，MoO3厚度为10～20nm，PEDOT:PSS的厚度为30～50nm。

【技术特征摘要】
1.一种基于电子滤过层的有机太阳能电池，包括透明导电基底(1)，形成在透明导电基底之上层叠的空穴传输层(2)、吸光层(3)、电子滤过层(4)与金属电极(5),所述的电子滤过层(4)为[C60-AlQ3]21，所述的电子滤过层的厚度为15～30nm，所述吸光层(3)为SubPc/C60的平面异质结结构或者P3HT和PCBM的体异质结构中的任意一种；所述的空穴传输层(2)为高功函数透明无机金属氧化物薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：晋双寿，
申请(专利权)人：杨金义，
类型：新型
国别省市：浙江,33