一种基于无机纳米晶的并联双结有机/无机杂化太阳电池制造技术

本发明专利技术涉及太阳电池领域，提供了一种基于无机纳米晶的并联双结有机/无机杂化太阳电池。其可以作为制备工艺复杂的叠层太阳电池的替代，在不提高制备工艺难度和技术要求的前提下，通过巧妙设计电池结构，实现电池中有机半导体/无机纳米晶的体异质结与有机半导体双层异质结的并联，利用双结来提升电池对广域太阳光谱的有效吸收，进而提升电池性能。本发明专利技术可以作为叠层电池的替代，可以避免叠层电池中吸收光谱及电流匹配的苛刻技术要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无机纳米晶的并联双结有机/无机杂化太阳电池
本专利技术涉及太阳电池的
，特别涉及一种基于无机纳米晶的并联双结有机/无机杂化太阳电池的结构设计及实现。
技术介绍
有机太阳电池作为一种新型薄膜太阳电池，近年得到了广泛的关注和系统的研究。其具有很多不可替代的优势，如轻薄、柔性可折叠、卷对卷廉价大面积制备等。有机/无机杂化太阳电池是在有机太阳电池的基础上，利用无机纳米半导体材料替代n型有机半导体（受主半导体）而发展出来的新概念薄膜电池。它能够在保持有机太阳电池已有优势的前提下，借助无机半导体自身的优点来弥补有机太阳电池中存在的问题。由于有机半导体及纳米晶材料自身光吸收特性的限制，较难实现对广域太阳光谱的充分吸收，因而从根本上限制了电池性能的大幅提升。通过引入吸收光谱范围互补的子电池制备叠层太阳电池是一种有效的方式来实现对广域太阳光谱的有效吸收，进而大幅提高电池效率。然而叠层太阳电池需要各子电池之间的光谱及电流匹配，制备工艺较为复杂，技术要求较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述存在的问题，通过重新设计电池结构，在保持现有制备工艺难度和技术要求的前提下，实现新结构电池对广域太阳光谱的有效吸收从而提升电池效率；本专利技术可以作为叠层电池的替代，可以避免叠层电池中吸收光谱及电流匹配的苛刻技术要求。本专利技术的技术方案：一种基于无机纳米晶的并联双结有机/无机杂化太阳电池，由衬底、透明导电薄膜、空穴传输层、光吸收层、电子传输层、金属电极等构成。光吸收层的具体制备方法包括以下两个步骤：有机半导体材料A与无机纳米晶充分混合后制备薄膜作为电池的活性层。在活性层中两种材料互相接触形成典型的体异质单结结构。在上述活性层上方引入一层有机半导体材料B，该层的引入将会在原有体异质结的基础上，在有机半导体材料A和B的界面引入双层异质结，该异质结与原有体异质结将会以并联的形式连接。无机纳米晶与有机半导体材料B之间形成欧姆接触。所述衬底为玻璃、透光塑料。所述透明导电薄膜为掺氧化铟锡膜或掺氯氧化锌膜或掺氟氧化锡膜。所述空穴传输层为功函数在-5.2至-4.7eV的p型半导体材料。所述电子传输层为功函数在-4.5至-3.9eV的n型半导体材料。所述有机半导体材料A可以为任何p型有机半导体材料。所述无机纳米晶体为任何形状且尺寸在3-100纳米范围内的无机纳米晶体。所述有机半导体材料B可以为任何n型有机半导体材料，厚度为5-200纳米。所述活性层厚度为50-400纳米本专利技术的优点和积极效果：基于无机纳米晶的并联双结有机/无机杂化太阳电池内部存在两个并联的异质结。本专利技术可以通过有机半导体材料B的引入，利用有机半导体材料B对太阳光谱的吸收来扩展或者增强太阳电池对广域太阳光谱的充分吸收，从而提高电池效率。本专利技术可以避免叠层电池中光谱匹配、电流匹配限制，制备工艺要求较低。【附图说明】图1是本专利技术基于无机纳米晶的并联双结有机/无机杂化太阳电池结构示意图。图2是基于无机纳米晶的并联双结有机/无机杂化太阳电池等效电路图。图中：V=V1=V2=ISH1RSH1-I1RS1=ISH2RSH2-I2RS2；I=I1+I2。图3是实施例1中所述PTB7/硅量子点体异质结参比器件以及相对应的并联双结太阳电池的典型外量子效率曲线。图4是实施例1中所述PTB7/硅量子点体异质结参比器件以及相对应的并联双结太阳电池的典型电流电压曲线。【具体实施方式】下面结合附图和实施例，进一步阐述本专利技术。实施例1：一种基于硅量子点的并联双结有机/无机杂化太阳电池，结构如图1所示。其中衬底为普通浮法玻璃；透明导电薄膜为掺铟氧化锡，厚度为150纳米，方块电阻为10欧姆；空穴传输层为PEDOT:PSS薄膜，厚度为50纳米；活性层中有机半导体材料A为PTB7，无机纳米晶为平均尺寸在6纳米左右的硅量子点，PTB7和硅量子点的质量百分比为1:1，活性层厚度为120纳米；有机半导体材料B为PC71BM，厚度为40纳米；电子传输层为氧化锌薄膜，厚度为20纳米；金属电极为铝，厚度为120纳米。该实施例中电池的制备方法，步骤如下：1)利用溅射方法在洁净玻璃衬底表面制备掺铟氧化锡薄膜；2)利用紫外臭氧技术处理掺铟氧化锡薄膜表面15分钟；3)利用匀胶机在掺铟氧化锡薄膜表面旋涂制备PEDOT:PSS薄膜，并在130摄氏度下退火15分钟；4)将在氯苯溶剂中均匀分散的PTB7和硅量子点混合溶液在样品表面旋涂，获得活性层薄膜；5)将在二氯甲烷溶剂中溶解的PC71BM溶液在样品表面旋涂；6)将在丁醇溶剂中分散的氧化锌纳米颗粒在样品表面旋涂；7)利用真空蒸发设备蒸发120纳米铝作为金属电极。应用结果显示：该并联双结有机/无机杂化太阳电池的外量子效率谱如图3所示。与PTB7和硅量子点体异质结参比器件相比，并联双结太阳电池的外量子效率曲线在350到650纳米的区间内有明显的提升；该并联双结太阳电池的电流电压曲线如图4所示。与参比器件相比，电流从7.2mA/cm2大幅提升至14.21mA/cm2，提升了97%，这主要归因于并联双结太阳电池大幅增强了对广域太阳光谱的有效吸收。实施例2：一种基于硫化铅量子点的并联双结有机/无机杂化太阳电池，结构如图1所示。其中衬底为普通浮法玻璃；透明导电薄膜为掺铟氧化锡，厚度为150纳米，方块电阻为10欧姆；空穴传输层为氧化钼薄膜，厚度为15纳米；活性层中有机半导体材料A为P3HT，纳米晶为平均尺寸在10纳米左右的硫化铅量子点，P3HT和硫化铅量子点的质量百分比为2:1，活性层厚度为100纳米；有机半导体材料B为C60，厚度为50纳米；电子传输层为氧化钛薄膜，厚度为20纳米；金属电极为铝，厚度为120纳米。该实施例中电池的制备方法，步骤如下：1)利用溅射方法在洁净玻璃衬底表面制备掺铟氧化锡薄膜；2)利用紫外臭氧技术处理掺铟氧化锡薄膜表面15分钟；3)利用真空蒸发技术制备氧化钼薄膜；4)将在氯苯溶剂中均匀分散的P3HT和硫化铅量子点混合溶液在样品表面旋涂，获得活性层薄膜；5)利用真空蒸发技术在样品薄膜制备C60薄膜；6)将在乙醇溶剂中分散的氧化钛纳米颗粒在样品表面旋涂；7)利用真空蒸发技术蒸发120纳米铝作为金属电极。应用结果显示：该并联双结太阳电池可以有效提升电池在300到550纳米区间内的太阳光吸收。与P3HT和硫化铅量子点体异质结参比器件相比，实现了电流从4.23mA/cm2至10.28mA/cm2的大幅提升。综上，本专利技术提供了一种基于无机纳米晶的并联双结有机/无机杂化太阳电池。其可以作为制备工艺复杂的叠层太阳电池的替代，可以避免叠层电池中光谱匹配、电流匹配限制，在不提高制备工艺难度和技术要求的前提下，通过巧妙设计电池结构，实现电池中有机半导体/无机纳米晶的体异质结与有机半导体双层异质结的并联，利用双结来提升电池对广域太阳光谱的有效吸收，进而提升电池性能。以上所述，仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。因此，本专利技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无机纳米晶的并联双结有机/无机杂化太阳电池，其特征在于：分别利用有机半导体材料A、有机半导体材料B和无机纳米晶体，在电池内部构建两个异质结。

【技术特征摘要】
1.一种基于无机纳米晶的并联双结有机/无机杂化太阳电池，其特征在于：分别利用有机半导体材料A、有机半导体材料B和无机纳米晶体，在电池内部构建两个异质结。2.根据权利1要求所述并联双结太阳电池，其特征在于：有机半导体材料A与无机纳米晶形成典型的体异质单结结构。3.根据权利1要求所述并联双结太阳电池，其特征在于：有机半导体材料A和B的界面处形成典型的双层异质结。4.根据权利1要求所述并联双结太阳电池，其特征在于：不同于叠层或多结...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁毅，黄茜，侯国付，张晓丹，赵颖，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津,12