一种倒置结构半透明超薄有机太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种倒置结构半透明超薄有机太阳能电池，属于太阳能电池技术领域。本发明专利技术公开了一种倒置结构半透明超薄有机太阳能电池，所述太阳能电池依次包括导电基底层、AZO电子传输层、梳齿状活性层、空穴传输层、金属顶电极层；所述梳齿状活性层包括所述梳齿状活性层包括第一活性层和第二活性层，所述第一活性层为PM6和/或PM7层，第二活性层为BTP

【技术实现步骤摘要】
一种倒置结构半透明超薄有机太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，涉及一种倒置结构半透明超薄有机太阳能电池。

技术介绍

[0002]现有高性能半透明有机太阳能电池大都是基于PEDOT:PSS空穴传输层的正向结构电池，除活性层形貌变化导致衰减外，其空穴传输层中磺酸基团酸性、吸湿性及其与底电极反应，也导致电池效率衰减，无法满足应用需求。目前的倒置结构半透明电池能解决上述问题，但是性能相对落后，且存在以下问题：1、金属顶电极易受电池内部迁移离子和环境分子腐蚀破坏，导致电池效率衰减，所以金属顶电极设置的厚度较大，影响透光性；2、由于本体异质结活性层中给、受体材料在热应力等因素下易发生相分离，改变活性层形貌，导致电池效率衰减；3、总体的光电转换效率和可见光区透光性不佳。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种包括电子传输层、两层结构的梳齿状活性层、空穴传输层、超薄金属顶电极层的倒置结构半透明超薄有机太阳能电池。
[0004]本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：
[0005]一种倒置结构半透明超薄有机太阳能电池，所述太阳能电池依次包括导电基底层、AZO电子传输层、梳齿状活性层、空穴传输层、金属顶电极层；
[0006]所述梳齿状活性层包括所述梳齿状活性层包括第一活性层和第二活性层，所述第一活性层为PM6和/或PM7层，第二活性层为BTP
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eC9和/或Y6层。
[0007]本专利技术的梳齿状活性层包括PM6和/或PM7层、Y6和/或BTP
‑
eC9层，两者以梳齿状镶嵌连接，可减轻活性层进一步发生相分离的程度，阻隔卤素和/或金属离子的扩散迁移，抑制顶电极金属的腐蚀与活性层分子的降解，在提高太阳能电池稳定性及效率的同时，降低活性层和金属顶电极的厚度，增加太阳能电池透光率。
[0008]作为优选，所述梳齿状活性层的厚度为80～150nm。
[0009]作为优选，所述第一活性层的原料、第二活性层的原料的质量比为1：(0.9～1.15)。
[0010]进一步优选，所述第一活性层的原料、第二活性层的原料的质量比为1：(0.95～1.05)。
[0011]进一步优选，所述梳齿状活性层的原料组成可以包括PM6～PM7：Y6～BTP
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eC9、PM6～PM7：Y6、PM6：BTP
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eC9、PM7：Y6～BTP
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eC9、PM6：Y6、PM6：BTP
‑
eC9、PM7：Y6、PM7：BTP
‑
eC9中的一种或多种。
[0012]作为优选，导电基底层为ITO。
[0013]作为优选，所述AZO电子传输层的厚度为20～60nm。
[0014]作为优选，AZO溶液的浓度为10～30mg/mL，Al的含量为1～2％。
[0015]作为优选，所述金属顶电极层的厚度为5～30nm。
[0016]进一步优选，所述金属顶电极层包括厚度为0.1～2nm的Au层和厚度为13～25nm的Ag电极。
[0017]常规的金属顶电极层为了更好地收集电荷，减少光子透过损失，以及抵抗/延缓电极腐蚀导致的电池衰减，通常设置其厚度大于100nm，而本专利技术的金属顶电极层厚度能小于30nm的原因在于通过引入超薄Au层实现金属电极层均匀连续成膜，获得功能完整的器件电极，并且由于电极具有较薄的厚度，在保证电极理想的电荷收集效率的同时，实现电池较高的光透过率，从而实现电池高效率和高透光的平衡统一；此外，本专利技术的Ag电极内侧还设置了超薄Au层，目的在于辅助Ag原子均匀连续沉积获得致密平整Ag电极，同时接触界面上形成Au
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Ag合金效果，提升金属电极耐腐蚀的能力。
[0018]作为优选，所述空穴传输层的厚度为5～20nm。
[0019]进一步优选，所述空穴传输层的材料为P型金属氧化物(MO
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)，所述金属氧化物包括氧化钼、氧化镍、氧化钨、五氧化二钒等中的一种或多种。
[0020]作为优选，所述倒置结构半透明超薄有机太阳能电池的厚度为270～400nm；可见光透过率为10～30％。
[0021]本专利技术还公开了一种倒置结构半透明超薄有机太阳能电池的制备方法，所述AZO电子传输层、梳齿状活性层以逐层制膜的方式旋涂在导电基底层表面；空穴传输层、金属顶电极层采用真空热蒸镀的方式依次沉积在梳齿状活性层表面。
[0022]作为优选，所述AZO电子传输层由AZO溶液经旋涂、退火后制得。
[0023]进一步优选，所述旋涂过程转速为3000～6000转/分，时间为20～50s；退火温度为90～150℃，时间为10～30min。
[0024]进一步优选，所述AZO溶液通过将二水合醋酸锌、九水合硝酸铝溶于乙醇后在70～90℃搅拌，并加入乙醇胺继续在70～90℃反应1～3h后制得。
[0025]更进一步优选，二水合醋酸锌、九水合硝酸铝的质量比为(50～60)：1；九水合硝酸铝、乙醇胺的质量体积比为1g：(10～30)ml。
[0026]作为优选，所述梳齿状活性层的制备过程包括第一次旋涂PM6和/或PM7，第二次旋涂Y6和/或BTP
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eC9；然后置于手套箱中90～110℃，退火8～12min。
[0027]进一步优选，第一次旋涂过程转速为1500～2500转/分，时间为10～50s；第二次旋涂过程转速为1800～3000转/分，时间为30～60s。
[0028]进一步优选，所述PM6和/或PM7、Y6和/或BTP
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eC9分别溶于溶剂中加热搅拌备用。
[0029]更进一步优选，所述加热温度为40～80℃，搅拌时间为2～5h。
[0030]作为优选，所述空穴传输层在真空度小于4*10
‑4Pa条件下热蒸镀。
[0031]作为优选，所述金属顶电极层在真空度小于4*10
‑4Pa条件下热蒸镀。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0033]1、本专利技术的倒置结构半透明超薄有机太阳能电池中梳齿状活性层为以梳齿状镶嵌相接的PM6和/或PM7：Y6和/或BTP
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eC9层，可减轻活性层进一步发生相分离的程度，阻隔卤素和/或金属离子的扩散迁移，抑制顶电极金属的腐蚀与活性层分子的降解；一方面，提高太阳能电池稳定性及效率；另一方面，降低活性层和金属顶电极的厚度，增加太阳能电池
透光率。
[0034]2、本专利技术的金属顶电极层厚度仅为5～30nm，Ag电极内侧还设置了Au层，有利于获得致密平整、高电导、高透光和高稳定的顶电极。
[0035]3、本专利技术的倒置结构半透明超薄有机太阳能电池ITO/AZO/第一活性层:第二活性层/MO
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/Au/Ag的倒置结构，避免在底电极上使用常规本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种倒置结构半透明超薄有机太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池依次包括导电基底层、AZO电子传输层、梳齿状活性层、空穴传输层、金属顶电极层；所述梳齿状活性层包括第一活性层和第二活性层，所述第一活性层为PM6和/或PM7层，第二活性层为BTP
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eC9和/或Y6层。2.根据权利要求1所述的倒置结构半透明超薄有机太阳能电池，其特征在于，所述梳齿状活性层的厚度为80～150nm；所述第一活性层的原料、第二活性层的原料的质量比为1：(0.9～1.15)。3.根据权利要求1所述的倒置结构半透明超薄有机太阳能电池，其特征在于，所述金属顶电极层的厚度为15～30nm。4.根据权利要求3所述的倒置结构半透明超薄有机太阳能电池，其特征在于，所述金属顶电极层包括厚度为0.1～2nm的Au层和厚度为13～25nm的Ag电极。5.根据权利要求1所述的倒置结构半透明超薄有机太阳能电池，其特征在于，所述AZO电子传输层的厚度为20～60nm。6.根据权利要求1或5所述的倒置结构半透...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海桥，尹志鹏，王维燕，刘洋，
申请(专利权)人：浙大宁波理工学院，
类型：发明
国别省市：