叠层有机薄膜太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有较高的填充因子和能量转换效率的叠层有机薄膜太阳能电池及其制备方法。该叠层有机薄膜太阳能电池包括依次设置的衬底层、透明导电阴极层、阴极缓冲层、第一光活性层、连接层、第二光活性层、阳极缓冲层和阳极层，第一光活性层由第一混合溶液制得，第二光活性层由第二混合溶液制得，第一混合溶液包括第一给体、第一受体、第一溶剂，第二混合溶液包括第二给体、第二受体、第二溶剂，第一给体与第二给体为相同的给体材料，第一受体和第二受体为相同的受体材料。叠层后的太阳能电池对太阳光的吸收增加，吸光度有明显的增大，对太阳能的利用效率提高，有效提升太阳能电池的填充因子和能量转换效率，从而改善电池的性能。

【技术实现步骤摘要】
叠层有机薄膜太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及太阳能电池
，特别涉及一种叠层有机薄膜太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
随着化石能源的日益耗尽，光伏发电技术这种直接从太阳光中获得能量的技术被认为是未来人类最基本的能源技术之一。虽然照射到地球上的太阳能十分巨大，但是直接利用太阳光能发电面临的最主要困难是其单位面积的能量密度太低。只有当我们能够大规模地制造出大面积的高效太阳电池，光伏发电才有可能成为我们日常生活中最重要的一个能源组成部分。太阳能电池发电基于如下原理：半导体材料形成的P-N结在太阳光照射后，内部产生空穴-电子对，积累的电子(空穴)经电极引出后形成电流。太阳光的光谱范围很宽，但现有的任何一种半导体材料都只能吸收利用太阳光中能量比其能隙值高的光子，能量较小的光子将透过电池，被背电极金属吸收转化为热能；而高能光子超出能隙宽度的多余能量则会由载流子传递给电池材料本身使其发热。上述的这些能量都无法转变成有效的电能，所以单结太阳能电池的能量转换效率一般都不高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的一个技术问题在于如何提供一种具有较高的填充因子和能量转换效率的叠层有机薄膜太阳能电池及其制备方法。根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提供了一种叠层有机薄膜太阳能电池，根据本专利技术的实施例，该叠层有机薄膜太阳能电池包括依次设置的衬底层、透明导电阴极层、阴极缓冲层、第一光活性层、连接层、第二光活性层、阳极缓冲层和阳极层，第一光活性层由第一混合溶液制得，第二光活性层由第二混合溶液制得，第一混合溶液包括第一给体、第一受体、第一溶剂，第二混合溶液包括第二给体、第二受体、第二溶剂，第一给体与第二给体为相同的给体材料，第一受体和第二受体为相同的受体材料。根据本专利技术的实施例，该叠层有机薄膜太阳能电池至少具有以下有益效果：本专利技术通过制备一种具有相同光活性层的叠层太阳能电池，叠层后的太阳能电池相比于单结电池对太阳光的吸收增加，吸光度有了明显的增大，对太阳能的利用效率提高，有效提升太阳能电池的填充因子和能量转换效率，从而改善了有机太阳能电池的性能。另外，根据本专利技术的实施例，该叠层有机薄膜太阳能电池还可以具有如下的附加技术特征：在本专利技术的一些实施例中，给体材料选自PCE-10、PBDB-T中的至少一种。在本专利技术的一些实施例中，受体材料选自PC70BM、ITTC中的至少一种。在本专利技术的一些实施例中，第一混合溶液和第二混合溶液中的给体材料和受体材料组成的体系是PCE-10：PC70BM、PBDB-T：ITTC中的任一种。在本专利技术的一些实施例中，在第一混合溶液中，第一给体和第一受体的浓度比为1:(1.2-2)；在第二混合溶液中，第二给体和第二受体的浓度比为1:(1.2-2)。具体的，第一给体和第一受体的浓度比/第二给体和第二受体的浓度比可以是1：1.2、1：1.4、1：1.5、1：1.6、1：1.8、1：2。在本专利技术的一些实施例中，第一给体和第一受体的浓度比为8mg/mL:12mg/mL，第二给体和第二受体的浓度比为8mg/mL:12mg/mL。在本专利技术的一些实施例中，第一溶剂和第二溶剂包括氯苯和DIO。在本专利技术的一些实施例中，第一溶剂和第二溶剂中，DIO的体积为氯苯的体积的3％。在本专利技术的一些实施例中，阳极缓冲层的材料选自PEDOT：PSS、MoO3、V2O5、NiO中的至少一种。在本专利技术的一些实施例中，阴极缓冲层的材料选自TiOx、LiF、ZnO中的至少一种，x选自1、2、3、4中的任一种。在本专利技术的一些实施例中，连接层的材料可以是铝、银中的至少一种。根据本专利技术的第二个方面，本专利技术提供了一种叠层有机薄膜太阳能电池的制备方法，根据本专利技术的实施例，该制备方法具体包括以下步骤：在阴极缓冲层上涂覆第一混合溶液，抽真空，蒸镀连接层后涂覆第二混合溶液，抽真空后蒸镀阳极缓冲层和阳极层。在本专利技术的一些实施例中，该制备方法具体包括以下步骤：(1)清洗后烘干导电基板，在其表面旋涂阴极缓冲层的前体溶液；(2)移到充满氮气的手套箱里，在阴极缓冲层上面旋涂第一混合溶液，制得第一光活性层；(3)移至蒸镀箱中在第一光活性层上蒸镀连接层；(4)移到充满氮气的手套箱里，在连接层上面旋涂第二混合溶液，制得第二光活性层；(5)移至蒸镀箱中在第二光活性层上蒸镀阳极缓冲层，在阳极缓冲层上蒸镀金属阳极。附图说明图1为本专利技术的一个实施例的叠层有机薄膜太阳能电池的结构示意图。图2为本专利技术的另一个实施例的有机太阳能电池的电压-电流密度曲线。上方为对比例1的电压-电流密度曲线，下方为实施例1的电压-电流密度曲线。图3为本专利技术的图2所示实施例的有机太阳能电池吸收光谱图对比。上方为实施例1的吸收光谱图，下方为对比例1的吸收光谱图。具体实施方式以下将结合实施例对本专利技术的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本专利技术的目的、特征和效果。实施例1：图1为本专利技术的一个实施例的叠层有机薄膜太阳能电池的结构示意图。如图1所示，该叠层有机薄膜太阳能电池采用倒置结构，包括依次层叠设置的衬底层1、透明导电阴极层2、阴极缓冲层3、第一光活性层4、连接层5、第二光活性层6、阳极缓冲层7和阳极层8。衬底层1采用玻璃基板，透明导电阴极层2为ITO层，阴极缓冲层3为ZnO，第一光活性层4包括电子给体材料PCE-10和电子受体材料PC70BM，连接层5采用Al，第二光活性层6包括电子给体材料PCE-10和电子受体材料PC70BM，阳极缓冲层7为MoO3，阳极层8为金属阳极Al。上述叠层有机薄膜太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：(1)对由玻璃基板和ITO层构成的ITO导电玻璃清洗后烘干，在透明导电阴极层ITO层的表面旋涂100mg/mL的醋酸锌溶液(旋涂的速度为2500rpm，时间30s，厚度约为30nm)，并在200℃下加热处理1h制备得到ZnO，作为阴极缓冲层。(2)移到充满氮气的手套箱里，在阴极缓冲层上面旋涂第一光活性层PCE-10：PC70BM(两者混合后质量浓度比为8mg/mL:12mg/mL，旋涂速度1400rmp，时间40s，厚度约为100nm)，制得第一光活性层。(3)移至蒸镀箱中在第一光活性层上蒸镀连接层Al(80nm)。(4)移到充满氮气的手套箱里，在连接层上面旋涂第二光活性层PCE-10：PC70BM(两者混合后质量浓度比为8mg/mL:12mg/mL，旋涂速度1400rmp，时间40s，厚度约为100nm)，制得第二光活性层。(5)移至蒸镀箱中在第二光活性层上蒸镀厚度为10nm的阳极缓冲层MoO3，在阳极缓冲层上蒸镀厚度为80nm金属阳极Al。本专利技术中使用的光活性层利用不同质量的给受体混合制得，含有的组分为非单一成分，通过实验研究发现使用该光活性层材料来制备叠层有机太阳能电池有利于提高有机太阳能电池的性能。实验还研究发现相较于其他溶剂，单独使用氯苯，同时使用3％的DIO溶解效果更好，制备的叠层有机太阳能电池具有更好的性能。实施例2：性能对比实验按照如下方法制备作为对比例1的太阳能电池：(1)对由玻璃基板和ITO层构成的ITO导电玻璃清洗后烘干，在透明导电阴极层ITO层的表面旋涂100mg/mL的醋酸锌溶液(旋涂的速度为2500rpm，时间30s，厚度约30nm)制备阴极缓冲层，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种叠层有机薄膜太阳能电池，其特征在于，包括依次设置的衬底层、透明导电阴极层、阴极缓冲层、第一光活性层、连接层、第二光活性层、阳极缓冲层和阳极层，所述第一光活性层由第一混合溶液制得，所述第二光活性层由第二混合溶液制得，所述第一混合溶液包括第一给体、第一受体、第一溶剂，所述第二混合溶液包括第二给体、第二受体、第二溶剂，所述第一给体与所述第二给体为相同的给体材料，所述第一受体和所述第二受体为相同的受体材料。

【技术特征摘要】
1.一种叠层有机薄膜太阳能电池，其特征在于，包括依次设置的衬底层、透明导电阴极层、阴极缓冲层、第一光活性层、连接层、第二光活性层、阳极缓冲层和阳极层，所述第一光活性层由第一混合溶液制得，所述第二光活性层由第二混合溶液制得，所述第一混合溶液包括第一给体、第一受体、第一溶剂，所述第二混合溶液包括第二给体、第二受体、第二溶剂，所述第一给体与所述第二给体为相同的给体材料，所述第一受体和所述第二受体为相同的受体材料。2.根据权利要求1所述的叠层有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述给体材料选自PCE-10、PBDB-T中的至少一种。3.根据权利要求1所述的叠层有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述受体材料选自PC70BM、ITTC中的至少一种。4.根据权利要求1-3任一项所述的叠层有机薄膜太阳能电池，其特征在于，在所述第一混合溶液中，所述第一给体和所述第一受体的浓度比为1:(1.2-2)，在所述第二混合溶液中，所述第二给体和所述第二受体的浓度比为1:(1.2-2)。5.根据权利要求4所述的叠层有机薄膜太阳...

【专利技术属性】
技术研发人员：辇理，张谦，张雨，汪天怡，张笑晗，瑞德·库恩，周国富，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44