一种半透明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半透明有机薄膜太阳能电池，包括衬底、第一电极层、第二电极层，设置在第一电极层和第二电极层之间的有机功能层，所述有机功能层至少包括有机光电转换层，它还包括阴极缓冲层和阳极缓冲层的一种或两种，第二电极层的外端设置有增反膜，所述增反膜为高折射率的透明导电材料，透过可见光的同时反射近红外光。通过引入增反膜，使没有被有机光电转换层吸收的光再次返回电池进行二次吸收，从而提高对太阳光的利用率。本发明专利技术提供的半透明有机薄膜太阳能电池在透过可见光的情况下可以增强对太阳光的吸收，增加器件的光电流，从而提高半透明有机薄膜太阳能电池的能量转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子元器件中有机光电器件
，涉及一种半透明有机薄膜太阳 能电池及其制备方法。
技术介绍
随着全球能源需求量的逐年增加，对可再生能源的有效利用成为亟待解决的问 题。占地球总能量99%以上的太阳能，具有取之不尽，用之不竭，没有污染的特点，因而成为 各国科学家开发和利用的新能源之一。1%4年，贝尔实验室报道了光电转换效率达到6% 的太阳能电池，标志着实用化太阳能研究的开始，开创了光电转换的首例。目前，无机太阳 能电池的能量转换效率已达到40%以上。虽然无机太阳能电池早已商品化，但是由于无机 半导体材料本身的加工工艺非常复杂，材料要求苛刻且不易进行大面积柔性加工，以及某 些材料具有毒性，大规模使用会受到成本和资源分布的限制。与之相比，有机薄膜太阳能电 池材料则在取材、成本和能耗等诸多方面具有一定的优势，不仅材料本身的生产条件相对 温和，有机分子的化学结构容易修饰，而且以此来制作光电池时，也满足制作成本低廉、耗 能少、容易大面积制作的要求，目前已经成为国内外研究的热点之一。自从1986年，C. W. Tang等人报道了采用有机供电子体/受电子体的平面异质结做 成了光电转换效率为1 %的电池，通过使用性能好的材料和优化的器件结构，有机薄膜太阳 能电池的光电转换效率得到了稳定的提高。将供电子体和受电子体聚合物材料混合形成一 个互穿D/A层的网络，即体相异质结(Bulk Hetero junction)，是提高效率的有效方法，共 蒸有机小分子供电子体和受电子体材料形成的混合体相异质结结构，在标准太阳照度下光 电转换效率达到Hp≤3. 5%。2009年，Yang Yang等人通过使用低能带隙聚合物PBDTTT， 制备了光电转换效率为6. 67 %的有机太阳能电。目前，有机太阳能电池在光电转换效率和 延长器件寿命等方面仍需要进一步研究和提高，以期达到实用的工业标准。将有机薄膜太阳能电池制成半透明器件用于汽车玻璃、楼宇玻璃、家装玻璃等，是 其重要的一个应用方向。半透明太阳能电池要求在让可见光通过的同时，隔断对人体有害 的紫外线并吸收近红外光用来发电。但是，由于器件结构和透明顶电极的限制，使得半透明 有机薄膜太阳能电池的能量转换效率较低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是如何提供一种半透明有机薄膜太阳能电池及其制备方 法，该电池通过提高对太阳光的吸收率，进而提高能量转换效率，同时，所述器件又具有相 当高的热、光、化学等稳定性。本专利技术所提出的技术问题是这样解决的构造一种半透明有机薄膜太阳能电池， 包括衬底、第一电极层、第二电极层，设置在第一电极层和第二电极层之间的有机功能层， 其特征在于①所述有机功能层至少包括有机光电转换层，它还包括阴极缓冲层和阳极缓冲层的一种或两种；②第二电极层的外端设置有增反膜，所述增反膜为高折射率的透明导电材料，透 过可见光的同时反射近红外光。按照本专利技术提供的半透明有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述增反膜材料为 金属氧化物或金属硫化物或氮化物，金属氧化物包括氧化钙(CaO)、五氧化二钽(Ta2O5)、 二氧化钛(TiO2)、二氧化锆(ZrO2)、氧化铜(CuO)、氧化锌(ZnO)、三氧化二铝(Al2O3)、三氧 化二铬(Cr2O3)、二氧化锡(SnO2)、氧化镍(NiO)、五氧化二锑(釙205)，金属硫化物包括二 硫化钛(TiS2)、硫化铁(FeS)、三硫化二铬(Cr2S3)、硫化铜(CuQ、硫化锌(ZnS)、二硫化锡 (SnS2)、硫化镍(NiS)、三硫化二钴(Co2S3)、三硫化二锑(Sb2S3)、硫化铅(PbS)、三硫化二镧 (La2S3)、硫化铈(CeS)、二硫化锆(ZrS2)，氮化物包括氮化硅(Si3N4)、氮化铝(AlN)。按照本专利技术提供的半透明有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述增反膜的厚度 为 20 150nm。按照本专利技术提供的半透明有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述衬底是玻璃或 者柔性基片或者金属薄片，其中柔性基片是超薄的固态薄片、聚酯类或聚酞亚胺类化合物。按照本专利技术提供的半透明有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述第一电极层和 第二电极层为阳极和阴极或者是阴极和阳极，阳极和阴极要求具有较好的导电性能、透光 性，阳极材料为金属氧化物薄膜或者功函数较高的金属薄膜或者有机导电聚合物，金属氧 化物薄膜为氧化铟锡(ITO)薄膜或者氧化锌(S1O)薄膜或者氧化锡锌薄膜，金属薄膜为金、 铜、银、钼或者它们的合金薄膜，有机导电聚合物为3，4_乙撑二氧噻吩混合聚苯乙烯磺酸 盐(PED0T:PSQ或聚苯胺(PANI)；阴极材料为金属氧化物薄膜或者功函数较低的金属薄膜 或者有机导电聚合物，金属氧化物薄膜为氧化铟锡(ITO)薄膜或者氧化锌(S1O)薄膜或者 氧化锡锌薄膜，金属薄膜为锂或镁或钙或锶或铝或铟或它们与铜或金或银的合金薄膜，有 机导电聚合物为3，4-乙撑二氧噻吩混合聚苯乙烯磺酸盐(PED0T:PSS)。按照本专利技术提供的半透明有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述阴极缓冲层材 料为功函数较低的无机化合物或者具有高的最低未被占用能级(LUMO)的有机化合物，无 机化合物包括碳酸铯(Cs2CO3)、氟化锂(LiF)、氧化钙(CaO)、氧化钛(TiOx)、氧化锌(ZnO)， 有机化合物为金属有机配合物、吡啶类、邻菲咯啉类、噁二唑类或咪唑类化合物材料中的一 种材料，其中金属有机配合物包括8-羟基喹啉铝(Alq3)、二 O-甲基-8-喹啉并)-4-(苯 基苯酚)铝(BAlq)，吡啶类化合物包括三-硼烷 (3TPYMB)，邻菲咯啉类化合物包括2,9- 二甲基-4,7-联苯-1，10-邻二氮杂菲(BCP)、4， 7-联苯-1，10-邻二氮杂菲(BPhen)，噁二唑类电子传输材料是2- (4- 二苯基)-5- (4-叔丁 苯基)-1，3，4_噁二唑(PBD)、1，3-二 苯(0XD-7)，咪唑类化合物是1,3, 5-H (N-苯基-苯并咪唑_2)苯(TPBI)。按照本专利技术提供的半透明有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述有机光电转换 层要求吸收波长700 IlOOnm的近红外光，该有机光电转换层为有机给体材料和有机受 体材料构成的异质结，有机给体材料为噻吩类材料或酞菁染料，其中噻吩类材料包括聚(4， 4'-双 O-乙基己基)二噻吩并噻咯)-2，6-联苯-ALT-(2，1，3-苯 并噻二唑)-4，7-联苯(PSBTBT)、-二噻吩)-交替_4，7-(2，1，3-苯并噻二唑)]共聚物(PCPDTBT)、噻吩(3，4_b)并噻吩和苯并二噻吩的共聚物(PTB)，酞菁染料包括氯代亚-2，3-萘酞菁硼(SubNc)、氯代酞菁 铝(ClAlPc)、萘酞菁铜(CuNc)；有机受体材料为C6tl及其衍生物，噻吩类材料，PPV衍生物， 稠环芳香化合物，C6tl衍生物包括(6，6)_苯基-C61-丁酸甲酯( 0811)、(6，6)-苯基-061-丁 酸丁酯(PCBB)、l-(3-甲氧羰基)丙基-1-噻吩基__亚甲基富勒烯(ThCBM)，噻吩类 材料包括二氰基乙烯基-三聚噻吩(DCV3T)、聚(3-氰基-4-己基噻吩)(P3CN4HT)，PPV衍 生物包括聚合物(CN-Ether-PPV)、聚(MEH-CN本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半透明有机薄膜太阳能电池，包括衬底、第一电极层、第二电极层，设置在第一电极层和第二电极层之间的有机功能层，其特征在于：①所述有机功能层至少包括有机光电转换层，它还包括阴极缓冲层和阳极缓冲层的一种或两种；②第二电极层的外端设置有增反膜，所述增反膜为高折射率的透明导电材料，透过可见光的同时反射近红外光。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于军胜，臧月，黄江，蒋亚东，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90[]