一种具备控温功能的半透明有机太阳能电池及其制备方法技术

一种具备控温功能的半透明有机太阳能电池及其制备方法，属于半导体有机太阳能电池技术领域。由ITO玻璃衬底、PEDOT:PSS空穴传输层、PM6:Y6:PCB71M:Au NPs光电转换层、PNDIT

【技术实现步骤摘要】
一种具备控温功能的半透明有机太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体有机太阳能电池
，具体涉及一种具备控温功能的半透明有机太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]有机太阳能电池(OSCs)作为一种薄膜太阳能电池，凭借其独特优势近年来得到了迅速的发展。其中半透明有机太阳能电池(ST
‑
OSCs)作为OSCs领域最具代表性的应用之一，在建筑外层玻璃、农业温室、汽车涂层等方面有着广阔的应用前景。随着窄带隙半导体材料的不断开发，有机太阳能电池的可利用光谱范围也进一步向红外光谱扩宽，效率也随之提升。同时人们开始研究半透明有机太阳能电池，不仅可以发电，还可以对透过光进行调控。理想的半透明太阳电池应具有较高的紫外和近红外光子利用率，并在可见光范围内保持吸收与透明的适当平衡。
[0003]具备高透过性、高导电性的透明电极作为半透明光电器件的重要组成部分之一倍受人们重视。目前，在玻璃上溅射的氧化铟锡(ITO玻璃)是标准的透明电极，具有优良的透光性和导电性。但由于其制备工艺在制备顶部电极时会破坏下层结构，所以采用热真空蒸镀法制备的超薄金属电极一直是ST
‑
OSCs的主要顶部电极。然而通过研究发现蒸镀的金属在器件表面会呈现岛状生长模式(Volmer
‑
Weber)，在薄膜未达到一定厚度前金属岛之间并不连续或者连续性不理想，进而导致薄膜粗糙、导电性能差。为了克服这一缺点，研究者通过引入种子层的方法来制备复合电极。
[0004]铬是一种具有良好稳定性和导电性的金属。通过引入金属铬作为种子层改变了器件的表面张力，提高了银的浸润性，诱导银在器件表面沿二维方向生长，更好的形成连续的膜。同时，铬(Cr)与银(Ag)的结合还会形成布拉格反射器，当部分透过光电转换层的光到达电极时，Cr/Ag复合电极会将近红外的光线反射回去。配合窄带隙的光电转化材料，反射回去的光会再次被吸收转化。
[0005]表面等离子激元共振是指入射光频率与纳米材料电子疏密波频率接近时，纳米材料周围会产生等离子体共振现象。这种共振效应会使局部的电磁场得到增强，进而提高光子捕获率和电子传输能力。通常会采用银、金等贵金属纳米材料使共振发生在可见光范围内，但不同于其他材料、形状的纳米材料，金纳米棒的出现使共振峰向近红外方向移动。通过调节金纳米棒的直径与长度的比例，吸收波长可以在近红外波段连续可调。吸收峰大于750nm的金纳米棒溶液几乎接近透明无色，这证明掺杂合适尺寸的金纳米棒后不仅有助于提升器件性能还不会影响器件的可见光透过性。
[0006]现有技术使用真空蒸镀法制备电极时会出现岛状生长模式(Volmer
‑
Weber)，当被沉积的金属与衬底之间的浸润性较弱时，到达衬底金属原子就会更倾向于自己相互键合起来，而不容易与衬底原子键结合，于是蒸发沉积的金属在介质表面会首先形成孤立的原子核，进而形成金属岛。随着进一步蒸镀沉积，岛的边缘开始接触才形成连续的导电层。这时就会出现金属薄膜在一定厚度内导电性很差，如果增加电极厚度以保证导电性则又会影响
电极的透光性。同时想要保证ST
‑
OSCs的透光性，就要尽可能的使电池各层结构变薄，但由于光电转换层的变薄又会导致大量的光线损失透过。
[0007]目前，以Cr/Ag复合电极制备半透明有机太阳能电池还是一种新的尝试。具备红外调控功能的电极和提高近红外吸收的金纳米棒，这种结合既提高了电池本身的光电转换效率，又实现了对光线的调控。降低近红外光线的透过，进而可以抑制器件内侧因吸收太阳光热量而升温，从而达到节能环保的目的。

技术实现思路

[0008]本专利技术目的是提供一种具备控温功能的半透明有机太阳能电池及其制备方法。
[0009]本专利技术的所述的ST
‑
OSCs按照太阳光入射方向依次由ITO玻璃衬底、PEDOT:PSS空穴传输层、采用溶胶凝胶法制备的PM6:Y6:PCB71M:Au NPs光电转换层、PNDIT
‑
F3N电子传输层和Cr/Ag复合电极组成，其中ITO为底部电极，Cr/Ag为顶部电极，器件结构如图1所示。
[0010]本专利技术所述的一种具备控温功能的半透明有机太阳能电池(ST
‑
OSCs)的制备方法，其步骤如下：
[0011]1)衬底的清洁处理
[0012]将ITO玻璃衬底依次置于丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗10～15分钟，然后氮气吹干；之后放入紫外臭氧清洗仪中处理10～20分钟；
[0013]2)制备空穴传输层
[0014]将购买的聚3,4
‑
乙烯二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐的水溶液(PEDOT:PSS)以静态旋涂(先将溶液在静止的基片上涂抹均匀，然后开启匀胶机高速旋转制备薄膜)的方式旋涂在紫外臭氧处理过的衬底上，旋涂转速为3000～5000转/分钟，旋涂时间为20～40秒；然后在140～160℃下退火10～20分钟，得到厚度为30～50nm的PEDOT:PSS空穴传输层。
[0015]3)制备光电转换层
[0016]将购买的PM6、Y6、PCB
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M和Au NPs(金纳米棒)溶于氯仿中得到共混溶液，总浓度为15～20mg/mL，PM6、Y6、PCB
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M的重量比为1:1.1:0.2，PM6、Y6、PCB
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M和金纳米棒(Au NPs)中Au NPs的掺杂浓度为0.5wt％～1.5wt％；将该共混溶液以动态旋涂(先开启匀胶机，然后在高速旋转的基片上滴加溶液制备薄膜)的方式旋涂在空穴传输层上，旋涂转速为3000～4000转/分钟，旋涂时间为15～30秒；然后于真空下处理4～8分钟以除去残留溶剂，再在85～95℃下热退火4～8分钟，得到厚度为100～150nm的光电转换层；
[0017]4)制备电子传输层
[0018]将购买的PNDIT
‑
F3NT溶解在甲醇中，得到浓度0.5～1.0mg/mL的溶液，然后以动态旋涂的方式旋涂在光电转换层上，旋涂转速为1000～2000转/分钟，旋涂时间为15～30秒，得到厚度为30～40nm的PNDIT
‑
F3NT电子传输层；
[0019]5)沉积Cr/Ag复合电极
[0020]采用热真空沉积法制备电极，将步骤4)得到的器件放置在真空室内，抽真空至5.0
×
10
‑4～9.0
×
10
‑4Pa；然后依次进行Cr和Ag的沉积，Cr沉积速率为0.12～0.14nm/s，沉积厚度为3～7nm；Ag沉积速率为0.3～0.34nm/s，沉积厚度为15～35nm；最后得到本专利技术所述的具备控温功能的半透明有机太阳能电池。
[0021]本专利技术以ITO玻璃为衬底，以金纳米棒(Au NPs，直径10nm，长度30nm～50nm)掺杂
的PM6、Y6、PCB
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具备控温功能的半透明有机太阳能电池的制备方法，其步骤如下：1)衬底的清洁处理将ITO玻璃衬底依次置于丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗10～15分钟，然后氮气吹干；之后放入紫外臭氧清洗仪中处理10～20分钟；2)制备空穴传输层将聚3,4
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乙烯二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐的水溶液以静态旋涂的方式旋涂在紫外臭氧处理过的衬底上；然后在140～160℃下退火10～20分钟，得到空穴传输层；3)制备光电转换层将PM6、Y6、PCB
71
M和Au NPs溶于氯仿中得到共混溶液，总浓度为15～20mg/mL，PM6、Y6、PCB
71
M的重量比为1:1.1:0.2；PM6、Y6、PCB
71
M和Au NPs中，Au NPs的掺杂浓度为0.5wt％～1.5wt％；将该共混溶液以动态旋涂的方式旋涂在空穴传输层上；然后于真空下处理4～8分钟以除去残留溶剂，再在85～95℃下热退火4～8分钟，得到光电转换层；4)制备电子传输层将PNDIT
‑
F3NT溶解在甲醇中，得到浓度0.5～1.0mg/mL的溶液，然后以动态旋涂的方式旋涂在光电转换层上，得到PNDIT
‑
F3...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭文滨，卜子明，刘春雨，任冠华，韩文斌，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：