一种透视颜色可调的半透明有机太阳能电池制造技术

本实用新型专利技术公开一种透视颜色可调的半透明有机太阳能电池，包括自下而上依次排列的透明底电极层、电子传输层、有机活性层、空穴传输层、第一金属电极层、第二金属电极层和一维光子晶体，其中，所述一维光子晶体为周期性交替排列结构的均匀介质薄膜；所述第二金属电极层与所述一维光子晶体构成光学塔姆态，其中，所述的光学塔姆态的耦合条件为调控电池器件在可见光区范围的透过率光谱谱峰的中心波长和半峰宽，实现对电池器件的透视颜色的连续可控调节。调节。调节。

【技术实现步骤摘要】
一种透视颜色可调的半透明有机太阳能电池


[0001]本技术涉及光伏领域，具体涉及一种透视颜色可调的半透明有机太阳能电池。

技术介绍

[0002]在新能源领域，前沿的光伏技术受到了国内外研究组织的密切关注。其中，半透明有机太阳能电池不仅能够吸收太阳能转化为电能，而且还能够透过可见光，在建筑集成光伏、可穿戴设备和光伏农业方面均具有广阔的应用前景。建筑集成光伏可以利用建筑物本体收集太阳光能量，缓解建筑内的用电压力，具有无需占用额外土地的优点。目前，基于硅基的太阳能电池是不透明的，其与建筑物相结合，主要位于建筑屋顶和非采光的固定墙面上。半透明有机太阳能电池的发展使得光伏窗户和光伏装饰外墙成为了可能，能够进一步拓展建筑集成光伏的集成度。
[0003]然而，在如何实现颜色可调性方面，半透明有机太阳能电池技术仍面临着重要的挑战。例如采用薄层顶金属电极的方式，能够提高电池器件的透过率，但透光颜色不具备可调性。设计有机活性层材料的分子结构，使其具有不同光学带隙，可实现入射太阳光的选择性吸收。然而，活性层受体分子和给体分子结构决定了它们的能级结构，在受体和给体相匹配后，有机活性层异质结的能级结构限制其透视颜色只有有限的几种，并无法实现透视颜色的连续可调。由此可见，在建筑光伏集成与应用方面，实现颜色可调节是半透明有机太阳能电池所亟需解决的重要问题之一。

技术实现思路

[0004]本技术在于克服现有技术的不足，提供一种透视颜色可调的半透明有机太阳能电池，所述半透明有机太阳能电池不仅能够实现器件在可见光区的颜色可控调节，而且透光颜色具有高色纯度；并且还可实现器件近红外光区的高反射，可将入射电池器件内的近红外光反射回有机活性层，实现近红外光的二次吸收并产生额外的光生激子。
[0005]本技术用于解决现有技术问题的技术方案是：
[0006]一种透视颜色可调节的半透明有机太阳能电池，包括自下而上依次排列的透明底电极层、电子传输层、有机活性层、空穴传输层、第一金属电极层、第二金属电极层和一维光子晶体。
[0007]本技术的透视颜色可调节的半透明有机太阳能电池的工作原理为：
[0008]本技术的半透明有机太阳能电池采用倒置式三明治式多层薄膜沉积结构，透明底电极层作为阴极，电子传输层用于传导分离光生激子所产生的电子载流子，有机活性层用于吸收太阳光产生光生激子，空穴传输层用于传导分离光生激子所产生的空穴载流子，第一金属电极层、第二金属电极层作为导电阳极。所述第二金属电极层与所述一维光子晶体构成光学塔姆态，其中，所述的光学塔姆态，即光学Tamm等离极化激元(Tamm plasmon polaritons,TPP)。光学塔姆态为一维光子晶体与金属界面的表面态，与传统的表面等离激
元相比，具有无需棱镜、光栅结构即可激发、无需采用复杂的微纳加工工艺等优点。所述的光学塔姆态不仅具有光子禁带，即对特定波长或波段的光子具有禁阻作用；而且还具有光子通带，即透过率光谱谱峰，透过峰的中心波长和半峰宽受光学塔姆态结构的耦合条件调控。
[0009]优选的，所述一维光子晶体为周期性交替排列结构的均匀介质薄膜，所述第二金属电极层与所述一维光子晶体共同构成光学塔姆态。
[0010]优选的，所述第二金属电极材料为银，厚度为25nm
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40nm。由于在现有技术中，采用金属薄层作为半透明顶电极，例如厚度为10nm
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15nm的单层银薄膜，将增加半透明电池器件的透过率，但是会降低电池器件的光电转换效率。因为入射光透过较多，透过的光子无法被电池器件的活性层吸收形成光生激子。因此，所述第二金属电极层的厚度范围是与所述的一维光子晶体构成光学塔姆态的优选条件，用于实现电池器件的透光颜色的调控；如果顶电极仅为金属电极，并采用该厚度条件，其透过率光谱不存在透过峰，无法实现电池器件的透光颜色的调控。
[0011]优选的，所述一维光子晶体的薄膜介质为WO3和LiF。
[0012]进一步，所述的周期性交替排列结构的排列周期为5
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12个周期，其中，每个周期包括一层WO3薄膜和一层LiF薄膜，其中，所述的一层WO3薄膜的厚度为40nm
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250nm，所述的一层LiF薄膜的厚度为50nm
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300nm。
[0013]优选的，所述半透明有机太阳能电池在可见光区具有可调节的透过率单峰，在近红外光区具有1％
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15％的平均透过率，所述透过率单峰用以实现所述半透明有机太阳能电池的透视颜色的调节。
[0014]通过第二金属电极层的厚度、一维光子晶体中WO3薄膜和LiF薄膜的厚度调节可见光区透过率单峰的光谱位置、光谱宽度和峰值大小；其中，所述的半透明有机太阳能电池的透视颜色主要由可见光区透过率单峰的峰值波长决定，例如调节透过率单峰的峰值波长在400nm
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450nm可获得蓝色透视颜色；调节峰值波长在530nm
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560nm可获得绿色透视颜色，调节峰值波长在620nm
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650nm可获得红色透视颜色，且该透过率单峰的半峰宽越窄，说明透视颜色的色纯度越高。
[0015]优选的，所述的第一金属电极层的材料为金，厚度为0.2nm
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0.8nm。
[0016]通过上述设置，第一金属电极层中的Au(金)电极能够在空穴传输层上形成致密的金膜，能够有效地填充空穴传输层的表面，以促进第二金属电极层中的Ag(银)电极沉积成膜的连续性，并减少第二金属电极层中的Ag(银)电极成膜的裂纹。
[0017]本技术与现有技术相比具有以下的有益效果：
[0018]相比于薄金属层电极，本技术的半透明有机太阳能电池采用第二金属电极层与一维光子晶体相耦合构成光学塔姆态，该光学塔姆态具有光场分布调制的能力。通过引入光学塔姆态来优化本技术的半透明有机太阳能电池的性能，实现了电池器件的透视颜色的连续可控调节。同时，通过光学塔姆态调节光子禁带分布于近红外区，因而，电池器件在近红外区的平均透过率低、反射增强，促进了近红外光子的吸收，从而提升了光电转换效率。
附图说明
[0019]图1为本技术的透视颜色可调节的半透明有机太阳能电池的结构示意图。
[0020]图2为本技术的半透明有机太阳能电池的透过率光谱对比图。
具体实施方式
[0021]下面结合实施例及附图对本技术作进一步详细的描述，但本技术的实施方式不限于此。
[0022]实施例1
[0023]参见图1，本技术的透视颜色可调节的半透明有机太阳能电池包括自下而上依次排列的透明底电极层1、电子传输层2、有机活性层3、空穴传输层4、第一金属电极层5、第二金属电极层6和一维光子晶体7。
[0024]参见图1，所述一维光子晶体7为周期性交替排列结构的均匀介质薄膜，所述第二金属电极层6与所述一维光子晶体7共同构成光学塔姆态。在本实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种透视颜色可调的半透明有机太阳能电池，其特征在于，包括自下而上依次排列的透明底电极层、电子传输层、有机活性层、空穴传输层、第一金属电极层、第二金属电极层和一维光子晶体；所述第二金属电极层与所述一维光子晶体共同构成光学塔姆态；所述第二金属电极层的材料为银，且厚度为25 nm
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40 nm。2.根据权利要求1所述的透视颜色可调的半透明有机太阳能电池，其特征在于，所述一维光子晶体为周期性交替排列结构的均匀介质薄膜。3.根据权利要求1所述的透视颜色可调的半透明有机太阳能电池，其特征在于，所述一维光子晶体的薄膜介质为WO3和LiF。4.根据权利要求2所述的透视颜色可调的半透明有机太阳能电池，其特征在于，所述的周期性交替排列结构的排列周期为5
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12个周期，每个周期包括一层WO3薄膜和一层LiF薄膜。5.根据权利要求3所述的透视颜色可调的半透明有机太阳能电池，其特征在于，所述的WO3薄膜的厚度为40 nm
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250 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙拥兵，赵俊伟，高富豪，周金鑫，徐海涛，邓海东，兰玉彬，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：新型
国别省市：