基于光活性层与光学调控层协同效应的半透明有机太阳能电池及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种基于光活性层与光学调控层协同效应的半透明有机太阳能电池及其应用，是一种制备简单、成本较低、自然指数高以及效率较高的半透明有机太阳能电池，其中光活性层采用限定材料旋涂或刮涂方式形成，能够提高可见光区域的透过率，在特定的波长范围内调平光谱，提高电池效率和自然指数。另外，光学调控层采用不同折射指数材料蒸镀方式形成，能够进一步提高电池的自然指数和光电转化效率。并且，该方法不但适合于不同的光活性层体系和制备方法，还适用于柔性电池体系，满足未来可穿戴能源设备、光伏温室大棚、建筑光伏一体化的潜在需求。

Translucent Organic Solar Cells Based on Synergistic Effect of Photoactive Layer and Optical Regulating Layer and Their Applications

The invention discloses a translucent organic solar cell based on the synergistic effect of the photoactive layer and the optical control layer and its application. It is a translucent organic solar cell with simple preparation, low cost, high natural index and high efficiency. The photoactive layer is formed by rotating or scraping the limited material, which can improve the transmittance of the visible light region, and can be used in a specific way. Leveling the spectrum in the wavelength range can improve the efficiency and natural index of the battery. In addition, the natural index and photoelectric conversion efficiency of the cell can be further improved by evaporating different refractive index materials into the optical control layer. Moreover, this method is not only suitable for different photoactive layer systems and preparation methods, but also suitable for flexible battery systems to meet the potential needs of future wearable energy equipment, photovoltaic greenhouse, building photovoltaic integration.

【技术实现步骤摘要】
基于光活性层与光学调控层协同效应的半透明有机太阳能电池及其应用
本专利技术涉及一种太阳能电池，具体涉及一种半透明高自然指数有机太阳能电池及其制备方法，尤其涉及基于光活性层与光学调控层协调效应制备半透明高自然指数有机太阳能电池的方法及其制备的半透明高自然指数有机太阳能电池。
技术介绍
目前，半透明有机太阳能电池与透明设施（如建筑窗户、汽车玻璃、温室屋顶）的结合成为光伏发电新的发展方向。基于此目的，半透明有机太阳能电池应具有较好的光电转化效率同时保持良好的透明性和高自然指数。由于半透膜有机太阳能电池的结构特性导致其光电转化效率较不透明有机太阳能电池低。目前采用的光活性层多在可见光区域有很高的吸收系数从而导致透明度下降，影响实际使用中对于清晰度的需求。为了减少色差满足真实色彩的需求，采用在界面层中掺杂色素、光活性层互补吸收、调节电极厚度、使用光学调控层，但此类高自然指数电池的光电转化效率低，无法满足实际使用对于日常用电的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种半透明高自然指数有机太阳能电池及其制备方法与应用，利用光活性层以及光学调控层有效提高太阳能电池的透明性、自然指数以及光电转化效率，而且该电池在优异光电转换效率下具有良好的半透过率，该方法不但适用于不同的光活性层体系和制备方法，也适用于柔性电池，且整个电池制备过程重复性高，操作方便。本专利技术采用如下技术方案：一种基于光活性层与光学调控层协同效应的半透明有机太阳能电池，包括基底、电极、功能层、光学调控层；所述功能层由电子传输层、光活性层、空穴传输层组成；所述功能层的层数为1～5层。本专利技术不仅适用于单层半透明电池，对于叠层半透明电池也有明显的提高效果，可以将1～5层功能层叠层组成串联电池组，得到的自然指数高、光电转换效率也很好，解决了现有技术对于两层以及以上的串联电池没有较好调节效果的问题。本专利技术公开了上述基于光活性层与光学调控层协同效应的半透明有机太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：（1）在透明基底上制备阴极；（2）在阴极上制备电子传输层；（3）在电子传输层上制备光活性层；（4）在光活性层上制备空穴传输层；（5）在空穴传输层上制备透明电极；（6）在透明电极上制备光学调控层；得到基于光活性层与光学调控层协同效应的半透明有机太阳能电池；或者（1）在透明基底上制备阳极；（2）在阳极上制备空穴传输层；（3）在空穴传输层上制备光活性层；（4）在光活性层上制备电子传输层；（5）在电子传输层上制备透明电极；（6）在透明电极上制备光学调控层得到基于光活性层与光学调控层协同效应的半透明有机太阳能电池。本专利技术还公开了一种半透明有机太阳能电池用功能层，所述功能层由电子传输层、光活性层、空穴传输层组成；所述光活性层由中带隙给体材料与窄带隙受体材料混合得到。本专利技术公开了上述半透明有机太阳能电池用功能层的制备方法，包括以下步骤，采用旋涂或刮涂的方法在电子传输层上制备光活性层，然后在光活性层上制备空穴传输层，得到半透明有机太阳能电池用功能层；或者采用旋涂或刮涂的方法在空穴传输层上制备光活性层薄膜，然后在光活性层上制备电子传输层，得到半透明有机太阳能电池用功能层。本专利技术还公开了一种半透明有机太阳能电池用光活性层，所述光活性层由中带隙给体材料与窄带隙受体材料混合得到。本专利技术公开了上述半透明有机太阳能电池用光活性层的制备方法，包括以下步骤，将含有中带隙给体材料与窄带隙受体材料的溶液采用旋涂或刮涂的方法成膜，得到光活性层。本专利技术中，所述光活性层由中带隙给体材料与窄带隙受体材料混合得到；光活性层的厚度为50～1000nm；优选的，中带隙给体材料的光吸收波长范围为500～900纳米，窄带隙受体材料的光吸收波长范围为700～1200纳米；中带隙给体材料与窄带隙受体材料的质量比为（0.1～3）∶（0.1～3），优选（0.5～1.5）∶（0.5～1.5），进一步优选1∶1；进一步优选的，中带隙给体材料由n种物质组成，n≥1；以中带隙给体材料的质量为100%，每种物质的质量百分数为（50/n）%～（150/n）%，优选（80/n）%～（120/n）%。本专利技术的中带隙给体材料可以为一种物质，也可以为一种以上物质混合组成，窄带隙受体材料可以为一种物质，也可以为一种以上物质混合组成；比如光活性层由2个中带隙给体材料与1个窄带隙受体材料制备得到，2个中带隙给体材料种，每种材料的质量百分数为25%～75%。本专利技术中，光活性层光吸收波长范围300-1500nm；制备光活性层时，退火温度为0-200℃，制备光活性层的溶液中，溶剂为芳香类溶剂或卤素溶剂；制备光活性层的溶液（即含有中带隙给体材料与窄带隙受体材料的溶液）的浓度为5-40mg/mL。本专利技术中，所述光学调控层包括介质镜层，来反射特定波长的入射光；或抗反射层，减少特定波长反射光的强度；或等离子体共振层，增加特定波长的入射光强；可采用蒸镀、旋涂以及膜转移的方式制备光学调控层。本专利技术中，光学调控层的厚度为50～2000nm，优选100-1800nm；所述基底为玻璃基底、石英基底、PET塑料基底、PEN塑料基底、柔性网格银基底、柔性银纳米线基底中的一种；所述电子传输层材料为ZnO、TiO2、SnO2、PCBM、富勒烯、富勒烯衍生物中的一种或几种；所述空穴传输层材料选自聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐、氧化镍、氧化铜、2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、硫氰酸亚铜、氧化钼中的一种。本专利技术公开了上述半透明有机太阳能电池用光活性层在制备上述基于光活性层与光学调控层协同效应的半透明有机太阳能电池中的应用。本专利技术公开了上述基于光活性层与光学调控层协同效应的半透明有机太阳能电池在制备透明建筑外墙、温室大棚、户外窗户中的应用。本专利技术中，基于光活性层与光学调控层协同效应的半透明有机太阳能电池的电极包括为阴极、透明电极或者阳极、透明电极；其中阴极为氧化铟锡或者氟掺杂二氧化锡；阳极为氧化铟锡或者氟掺杂二氧化锡；透明电极为Au电极、Ag电极、Al电极、Cu电极、碳电极、PH1000聚合物电极、银纳米线电极、金属氧化物电极中的一种或几种，优选金/银杂化电极。本专利技术采用旋涂或刮涂的方法制备光活性层，光活性层的厚度为50-1000nm优选80-200nm；制备光活性层的溶液中，溶剂为芳香类溶剂或卤素溶剂，优选氯苯、邻二氯苯或氯仿；制备光活性层的溶液浓度为5-40mg/mL，优选10-30mg/mL，光吸收波长范围300-1500nm，优选的吸收范围300-1100nm；退火温度为0-200oC，优选0-150oC。本专利技术限定光活性材料以及调节比例，在电子（空穴）传输层上以旋涂或刮涂方式制备光活性层，在透明电极上制备光学调控层进行光谱调节，制备的半透明有机太阳能电池拥有较高的透明性、极高的自然指数以及较高的光电转化效率。本专利技术利用光活性层吸收互补和光学调控层制备的半透明有机太阳能电池其透明性、自然指数以及光电转化效率得到了大幅度的提高，为可穿戴能源设备、建筑光伏一体化以及温室光伏大棚的潜在应用提供了重要的帮助。本专利技术所述基于光活性层与光学调控层协同效应制备半透明高自然指数有机太阳能电池的方法可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光活性层与光学调控层协同效应的半透明有机太阳能电池，其特征在于，所述基于光活性层与光学调控层协同效应的半透明有机太阳能电池包括基底、电极、功能层、光学调控层；所述功能层由电子传输层、光活性层、空穴传输层组成；所述功能层的层数为1～5层。

【技术特征摘要】
1.一种基于光活性层与光学调控层协同效应的半透明有机太阳能电池，其特征在于，所述基于光活性层与光学调控层协同效应的半透明有机太阳能电池包括基底、电极、功能层、光学调控层；所述功能层由电子传输层、光活性层、空穴传输层组成；所述功能层的层数为1～5层。2.根据权利要求1所述基于光活性层与光学调控层协同效应的半透明有机太阳能电池，其特征在于，所述光活性层由中带隙给体材料与窄带隙受体材料混合得到。3.根据权利要求2所述基于光活性层与光学调控层协同效应的半透明有机太阳能电池，其特征在于，所述中带隙给体材料的光吸收范围为500～900纳米，窄带隙受体材料的光吸收范围为700～1200纳米；所述光活性层的厚度为50～1000nm；中带隙给体材料与窄带隙受体材料的质量比为（0.1～3）∶（0.1～3）。4.根据权利要求3所述基于光活性层与光学调控层协同效应的半透明有机太阳能电池，其特征在于，中带隙给体材料由n种物质组成，n≥1；以中带隙给体材料的质量为100%，每种物质的质量百分数为（50/n）%～（150/n）%。5.根据权利要求1所述基于光活性层与光学调控层协同效应的半透明有机太阳能电池，其特征在于，所述光学调控层包括介质镜层、抗反射层或等离子体共振层；所述光学调控层的厚度为50～2000nm；所述基底为玻璃基底、石英基底、PET塑料基底、PEN塑料基底、柔性网格银基底、柔性银纳米线基底中的一种；所述电子传输层材料为ZnO、TiO2、SnO2、PCBM、富勒烯、富勒烯衍生物中的一种或几种；所述空穴传输层材料选自聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐、氧化镍、氧化铜、2,2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李耀文，张敬文，李永舫，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32