具有隔热控温效应的半透明有机太阳电池器件及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有隔热控温效应的半透明有机太阳电池器件，其器件结构包括衬底、阴极、阴极修饰层、有机活性层、阳极修饰层和阳极以及光子晶体(布拉格介质镜)。其中有机活性层为一种聚合物电子给体PTB7‑Th与小分子电子受体IFIC‑i‑4F的共混膜。利用PTB7‑Th、IFIC‑i‑4F在近红外波段的强吸收，借助光子晶体对吸光范围及强度的调控，该器件实现了380‑780nm可见光波段的高透过、780‑2500nm近红外波段的高阻挡能力。相对于基于PTB7‑Th:IFIC‑i‑4F的二元简单有机半透明太阳电池，在引入光子晶体后，平均可见光透过率(AVT)由24.5％提升至29.5％，提升幅度高达20％，红外阻挡率(IRR)由90.0％提升至93.1％，能量转换效率(PCE)几乎不变，均保持在7％以上，为当前多功能半透明有机太阳能电池综合性能最高记录之一。

【技术实现步骤摘要】
具有隔热控温效应的半透明有机太阳电池器件及制备方法
本专利技术涉及半透明有机太阳电池，尤其涉及了一种具有隔热控温效应的多功能半透明有机太阳能电池。
技术介绍
除了清洁能源发电，节能也在维护人类社会的可持续性方面发挥着重要作用。由于每年用于建筑物冷却的能源占全球能源消耗的很大一部分，因此它促使我们探索具有百纳米厚度的有机层多功能诸如视觉透视，光电转换，以及近红外/红外光子抑制的半透明有机太阳能电池，这对于未来的电动车窗及建筑集成非常重要。传统有机太阳能电池是电极为100nm厚的不透明太阳能电池器件，筛选出近红外吸收强、可见光吸收弱的活性层材料，可以优化电极的厚度增强透过率，得到简单的半透明有机太阳能电池。但其性能指标都比较低，不利于未来的大规模商业化应用。现有技术中，可以通过引入光子晶体来提高半透明有机太阳能电池的各项性能。然而，要实现这一目标仍然存在重大挑战，特别是要实现关键参数之间的精细平衡，例如功率转换效率(PCE)，平均可见光透射率(AVT)和器件的IR抑制率(IRR)。材料，器件和界面之间存在的复杂制衡关系和不确定的结构-性质关系仍是重大的课题挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服有机太阳能电池功能单一化，开发多功能的高效半透明有机太阳能电池，并提供一种制备具有隔热控温的高效半透明太阳电池器件的制备方法及工艺。本专利技术具体采用的技术方案如下：一种具有隔热控温效应的半透明有机太阳电池器件，该器件为多层层状结构，从下到上依次为衬底、阳极、阳极修饰层、有机活性层、阴极修饰层、阴极和光子晶体层；其中光子晶体层由LiF层和TeO2层交替叠加而成。作为优选，以一层LiF上叠加一层TeO2为一轮交替，所述的光子晶体层中LiF和TeO2至少具有两轮交替。进一步的，所述的光子晶体层中LiF和TeO2优选为两轮交替。作为上述三种实现方式的进一步优选，各层材料的具体选型如下：所述的衬底为玻璃；所述的阳极为ITO；所述的阳极修饰层为PEDOT:PSS；所述的有机活性层为电子给体材料PTB7-Th及电子受体材料IFIC-i-4F形成的共混膜；所述的阴极修饰层为Bis-FIMG；所述的阴极为Ag；所述PTB7-Th的化学结构式为：其中，n≥10；所述IFIC-i-4F的化学结构式为：所述Bis-FIMG的化学结构式为：更进一步的，各层材料的厚度优化如下：所述的有机活性层厚度为88nm，所述的阴极修饰层厚度为12nm，所述的阴极厚度为16nm，所述的光子晶体层从下至上依次由10nm厚度的LiF层、20nm厚度的TeO2层、120厚度的nmLiF层、100nm厚度的TeO2层组成。本专利技术的另一目的在于提供一种上述任一一种多功能半透明有机太阳能电池器件的制备方法，其包括以下步骤：首先在表面刻蚀有条状ITO的透明导电玻璃表面旋涂一层PEDOT:PSS，再对其进行退火处理；然后在无水无氧环境下将含有所述电子给体材料PTB7-Th及电子受体材料IFIC-i-4F的二元有机材料混合溶液旋涂在PEDOT:PSS上，以得到有机活性层；紧接着在有机活性层上旋涂一层Bis-FIMG溶液；最后，用蒸镀仪在Bis-FIMG上蒸镀Ag电极，并在Ag电极上交替叠加蒸镀LiF层和TeO2层；最终构筑得到具有隔热控温效应的多功能半透明有机太阳能电池器件。作为优选，所述的制备方法中，电子给体材料PTB7-Th和电子受体材料IFIC-i-4F的质量比为1:1-1:2，进一步优选为1:1.8。作为优选，所述的Bis-FIMG溶液中，Bis-FIMG浓度为0.5-2mg/mL，进一步优选为1mg/mL。本专利技术的优点在于通过在薄层银电极上引入光子晶体从而使器件的整体性能得到提升。在优化活性层厚度、电子传输层厚度和银电极厚度得到的半透明有机太阳能电池器件的基础上，引入光子晶体提高器件对可见光区的透过率及对红外波段的阻挡能力。优化好的简单半透明器件蒸镀的银厚度为16nm，其AVT、IRR及PCE分别为24.5％、90.0％、7.6％，在优化好的半透明器件上引入光子晶体层LiF(10nm),TeO2(20nm),LiF(120nm),TeO2(100nm)后，整个器件对可见光的最高透过峰值偏移至500nm左右，更加接近人眼光敏感曲线的分布，其平均透过率大大增加，此外，光子晶体的引入使器件对近红外光的阻挡能力更强。增加了光子晶体的半透明有机太阳能电池器件的AVT提高至29.5％，相对于无光子晶体的普通半透明器件来说，提升幅度高达20％，IRR也由原来的90.0％提升至93.1％，最重要的是增加了光子晶体后整个器件的PCE几乎没有改变，仍保持在7％以上。附图说明图1是PTB7-Th、IFIC-i-4F、Bis-FIMG、PEDOT:PSS的吸收光谱。图2是对比例1中不同银电极厚度器件J-V、EQE和透过率谱图。图3是对比例1中不同厚度银电极器件的CIE图。图4是实施例1中器件的J-V、CIE图、透过率和EQE谱图，其中A表示对比例1中制备的器件(只蒸镀16nm银电极)，B表示实施例1中制备的器件(蒸镀16nm银电极+DBR)，其中图C是对比例1中制备的器件，图D是实施例1中制备的器件。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做进一步阐述和说明。本专利技术的具有隔热控温效应的多功能高效半透明有机太阳能电池器件为多层层状结构，结构从下到上依次为衬底、阳极、阳极修饰层、有机活性层、阴极修饰层和阴极、光子晶体层。其中光子晶体层(分布式布拉格介质镜，DBR)由LiF层和TeO2层交替叠加而成。以一层LiF上叠加一层TeO2为一轮交替，本专利技术的光子晶体层中LiF和TeO2至少具有两轮交替。由于交替轮数过多会增加工艺的复杂性，因此光子晶体层中LiF和TeO2优选为两轮交替即可，即光子晶体层采用四层结构，从下至上依次为LiF、TeO2、LiF、TeO2。在太阳能电池器件中，其余层的具体材料可以根据需要进行选择。在本专利技术的一种实现方式中，可以选择如下：衬底为导电玻璃，阳极为ITO，阳极修饰层为PEDOT:PSS。有机活性层为一种聚合物电子给体PTB7-Th与小分子电子受体IFIC-i-4的共混膜，阴极修饰层为Bis-FIMG，PTB7-Th、IFIC-i-4、Bis-FIMG三种化合物的具体结构式参见
技术实现思路
部分所述。利用PTB7-Th、IFIC-i-4F在可见光吸收弱、近红外吸收强及Bis-FIMG高传导率等特点，调节银电极的厚度可以得到不同性能的普通半透明有机太阳能电池器件。在优化好后的普通半透明有机太阳能电池器件上引入上述光子晶体层后，可以使器件在可见光区的透过峰值偏移至500nm左右，更加与人眼光敏感曲线相匹配，使AVT大幅度提升，此外，光子晶体的引入使器件在近红外波段的阻挡能力也大大加强，更重要的是，光子晶体的引入并没有影响器件的效率。在该器件中，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有隔热控温效应的半透明有机太阳电池器件，其特征在于，该器件为多层层状结构，从下到上依次为衬底、阳极、阳极修饰层、有机活性层、阴极修饰层、阴极和光子晶体层；其中光子晶体层由LiF层和TeO

【技术特征摘要】
1.一种具有隔热控温效应的半透明有机太阳电池器件，其特征在于，该器件为多层层状结构，从下到上依次为衬底、阳极、阳极修饰层、有机活性层、阴极修饰层、阴极和光子晶体层；其中光子晶体层由LiF层和TeO2层交替叠加而成。


2.如权利要求1所述的具有隔热控温效应的多功能半透明有机太阳能电池器件，其特征在于，以一层LiF上叠加一层TeO2为一轮交替，所述的光子晶体层中LiF和TeO2至少具有两轮交替。


3.如权利要求2所述的具有隔热控温效应的半透明有机太阳电池器件，其特征在于，所述的光子晶体层中LiF和TeO2优选为两轮交替。


4.如权利要求1～3任一所述的具有隔热控温效应的半透明有机太阳电池器件，其特征在于，所述的衬底为玻璃；所述的阳极为ITO；所述的阳极修饰层为PEDOT:PSS；所述的有机活性层为电子给体材料PTB7-Th及电子受体材料IFIC-i-4F形成的共混膜；所述的阴极修饰层为Bis-FIMG；所述的阴极为Ag；
所述PTB7-Th的化学结构式为：



其中，n≥10；
所述IFIC-i-4F的化学结构式为：



所述Bis-FIMG的化学结构式为：





5.如权利要求4所述的具有隔热控温效应的半透明有机太阳电池器件，其特征在于，所述的有机活性层厚度为88nm，所述的阴极修饰层厚度为12nm，所述的阴极厚度为16nm，所述的光子...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昌治，李雪，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33