一种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有机薄膜太阳能电池，包括衬底、阳极层、阴极层、设置在阳极层和阴极层之间的有机功能层，有机功能层至少包括电子给体层和电子受体层，其特征在于，所述电子受体层为具有岛状微结构的ZnO层，所述电子给体层为小分子p型半导体材料或聚合物p型半导体材料。采用具有岛状微结构的ZnO作为电子受体层，增加了器件中激子产生的数量以及将界面处的电子和空穴传输到电极层的能力，提高了有机薄膜太阳能电池的能量转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有机光电
，具体涉及有机薄膜太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
太阳能电池是将太阳能辐射的光能转换为电能的器件。太阳能电池可用来对负载，如电灯、计算机等提供电能。传统的太阳能电池需要大量的高质量的无机半导体材料， 如硅、砷化镓，使得成本很高。尽管多晶硅和无定型硅的应用比单晶硅成本低很多，但效率不高和成本居高不下仍然使得太阳能电池无法大面积推广。有机太阳能电池包括染料敏化太阳能电池和有机薄膜太阳能电池，与染料敏化太阳能电池相比，有机薄膜太阳能电池具有全固态、易制作、潜在的低成本、柔性等优点，其研究和发展使太阳能电池低成本化成为可能，近年受到越来越多的关注。目前报道的最好的有机薄膜太阳能电池的能量转换效率， 已经接近商业化的无定型太阳能电池的效率。有机薄膜太阳能电池的效率长期以来一直很低的原因，是与它的基本物理过程分不开的。而当一束光照射到有机半导体材料上时，有机半导体中通常不会形成自由载流子， 而是先形成电子-空穴对(激子)。要利用有机材料得到光电流就必须使这些由光激发得到的激子被拆开，否则这些激子将通过辐射或非辐射的方式退激发。具有不同能级结构的两种有机材料的界面被认为是拆分激子的地方，因此由光激发产生的激子必须首先扩散到界面才能最大程度地拆分激子。最为典型的的有机薄膜太阳能电池是由具有不同能级结构的两种有机半导体材料薄膜形成的双层结构。由于存在两种有机材料的界面小的问题，提高有机半导体材料产生的激子是提高有机薄膜太阳能电池效率的有效方案，因此有机半导体材料需要吸收更多的太阳光。在有机薄膜太阳能电池的入射光处加入增反层或增加有机半导体材料层的厚度可以增加有机半导体材料吸收射入太阳能电池内部的太阳光，但加入增反层减少了射入太阳能电池的光能，增加有机半导体材料层的厚度使激子难以有效地扩散到界面处。因此，如何提高有机薄膜太阳能电池的光子吸收从而增加激子的数量，以及如何使激子更有效地扩散到界面被分离成电子和空穴，对提高有机薄膜太阳能电池的效率有重要意义。同时，本征ZnO材料为η型半导体，具有良好的电学特性，而且制备ZnO原料丰富、 成本低、无毒等，近年来，ZnO广泛被研究和应用于各类光电子器件中。其中，最为广泛的是利用ZnO优良的电子传输性能而将其制成竖直排列纳米线阵列制备在光电子器件中，增加与其他材料的接触面积，提高器件得到电子传输性能。但是，到目前为止，很少有将具有岛状微结构的ZnO材料作为功能层用于有机薄膜太阳能电池中。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是如何提供，该太阳能电池克服了现有技术中所存在的缺陷，增加了器件中激子产生的数量以及将界面处的电子和空穴传输到电极层的能力，提高了有机薄膜太阳能电池的能量转换效率。本专利技术所提出的技术问题是这样解决的提供一种有机薄膜太阳能电池，包括衬底、阳极层、阴极层、设置在阳极层和阴极层之间的有机功能层，有机功能层至少包括电子给体层和电子受体层，所述有机功能层还包括阳极缓冲层，其特征在于，所述电子受体层为具有岛状微结构的ZnO层，所述电子给体层材料为小分子ρ型半导体材料或聚合物P型半导体材料。按照本专利技术所提供的有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述有机小分子ρ型半导体材料包括酞菁铜(CuPc)、酞菁锌(aiPc)、酞菁铁O^ePc)、酞菁氢(H2Pc)、亚酞菁 (SubPc)、酞菁锡(SnPc)、5_乙烯基-2-四聚噻吩(V4T)、5_乙烯基-五聚噻吩(V5T)、α， α-二(2，2_二氰基乙烯)-五聚噻吩(DCV5T)、N，N' - 二苯基-N，N' -二(3-甲基苯基)-1，1'-联苯-4，4' -二胺(TPD)、并四苯或并五苯及其衍生物；所述聚合物ρ型半导体材料包括聚乙烯咔唑(PVK)、聚(3-烷基噻吩)(Ρ3ΑΤ)、3_己基取代聚噻吩(Ρ3ΗΤ)、聚 (MEH-PPV)，聚(MDMO-PPV)。按照本专利技术所提供的有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述岛状微结构的aio 的底径为50 lOOnm，高度小于或等于1 μ m。按照本专利技术所提供的有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述阳极缓冲层材料为聚(3，4-亚乙二氧噻吩)聚苯乙烯基苯磺酸(PED0T:PSS)或者4，4，，4”-三(N-3-甲基苯基-N-苯基-氨基)三苯胺(m-MTDATA)或三氧化钼(MoO3)或五氧化二钒(V2O5)或三氧化钨(WO3)等。按照本专利技术所提供的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、聚酯类或聚酰亚胺类化合物；所述阳极层是无机金属氧化物薄膜或者金属薄膜，其中无机金属氧化物薄膜是氧化铟锡(ITO) 薄膜或者氧化锌(SiO)薄膜或掺铝氧化锌(AZO)或氧化锡锌薄膜，金属薄膜是金、钼、铜、 银的金属薄膜；所述阳极层材料也可以是聚(3，4_亚乙二氧噻吩)聚苯乙烯基苯磺酸 (PED0T:PSS)或者聚苯胺(PANI)类的有机导电聚合物；所述阴极层包括锂、镁、钙、锶、铝、 铟、金、银等功函数较低的金属薄膜或者它们的合金薄膜。一种有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤①利用丙酮、乙醇溶液和去离子水对衬底进行超声清洗，清洗后用干燥氮气吹干；②将衬底移入真空蒸发室中进行阴极层的制备；③通过溶胶-凝胶法、真空蒸镀、离子团束沉积、离子镀、直流溅射镀膜、RF溅射镀膜、离子束溅射镀膜、离子束辅助沉积、等离子增强化学气相沉积、高密度电感耦合式等离子体源化学气相沉积、触媒式化学气相沉积或磁控溅射的方法在阴极层上制备ZnO薄膜；④采用离子束刻蚀或脉冲激光刻蚀或化学刻蚀的方法使ZnO薄膜表面形成岛状微结构，制备结束后先用去离子水清洗，然后在120°C的真空或者氮气保护气体条件下退火 30分钟蒸发掉溶剂；⑤采用真空蒸镀或浸涂或者喷涂或者旋涂等方法将小分子半导体材料或聚合物ρ 型半导体材料制备在具有岛状微结构的SiO层上，然后在60°C的氮气环境中退火30分钟除去溶剂；⑥将基片移入真空蒸发室中进行阳极层的制备；⑦将做好的器件传送到手套箱进行封装，手套箱为氮气氛围。本专利技术的有益效果本专利技术的有机薄膜太阳能电池中的电子受体层表面具有岛状微结构，不仅极大地减小了反射出有机薄膜太阳能电池太阳光，使本专利技术的半导体材料能够吸收更多的光能，增加了有机薄膜电池中产生的激子数量，同时还大大增加了电子给体层和电子受体层的界面，使半导体材料产生的激子能够有效地扩散到界面处被分离，产生更多的电子和空穴；本专利技术的电子受体层材料为&10，ZnO具有高的电子传输能力，可以有效地将界面处生成的电子输运到阴极层，提高了有机薄膜太阳能电池的能量转换效率。附图说明图1是本专利技术所提供的有机薄膜太阳能电池的结构示意图；图2是本专利技术所提供的实施例1-6的结构示意图；图3是本专利技术所提供的实施例7-12的结构示意图；图4是本专利技术实施例3所提供的电子受体层的表面形貌图；图5是本专利技术所提供的实施例1和对比实施例的性能比较图，其中，器件A为本专利技术实施例1中的器件，器件B为对比实施例中的器件。其中，1、衬底，2、阴极层，3、有机功能层，31、电子受体层，32、电子给体层，33、阳极缓冲层，4、阳极层。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述本专利技术的技术方案是如何提本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种有机薄膜太阳能电池，包括衬底、阳极层、阴极层、设置在阳极层和阴极层之间的有机功能层，有机功能层至少包括电子给体层和电子受体层，所述有机功能层还包括阳极缓冲层，其特征在于，所述电子受体层为具有岛状微结构的ＺｎＯ层，所述电子给体层材料为小分子ｐ型半导体材料或聚合物ｐ型半导体材料。

【技术特征摘要】

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