本发明专利技术公开了一种金属网嵌套异质结的有机太阳能电池及其制备方法，其涉及有机太阳能电池领域，包括透明衬底、透明阳极电极、空穴传输层、给体材料层、超薄网状金属层、受体材料层、电子缓冲层和阴极电极，位于给体材料层和受体材料层间夹有一层网状的连续的金属网嵌套层。该金属网层可以与N型受体材料层形成局部肖特基结，在原有的异质结基础上，从而形成双内建电场，有利于电子从n型材料阶梯性扩散到p型材料，空穴从p型材料扩散到n型材料，增加了异质结结构厚度，提升了光生激子的分离效率，最终提高有机太阳能电池的转化效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及有机太阳能电池领域，具体涉及一种基于肖特基结的。
技术介绍
煤炭、石油等化石资源的逐渐枯竭，能源危机慢慢随着时间的流逝，离我们越来越近，从而寻找新的能源变成了件非常急迫的事。太阳能，相比来说是取之不尽，用之不竭的，而且它还具有环保，安全，长久，巨大等诸多优点成为目前所知中的最理想的新兴可再生能源。目前，各个国家都在积极的研究开发太阳能的新技术，力求在这方面有所突破，如何更好的突破这方面的技术已成为具有战略性意义的事情。中国是世界最大的无机太阳能电池生产国。起初我国太阳能电池主要应用在航空航天、军事等领域，后面慢慢开始在商业、民用上应用。但与西方国家相比，我国太阳能电池使用的总量和密度均较小。故太阳能电池今后在我国有着巨大的应用前景。另一个方面，随着时间的推移和我国经济的快速发展，还由于我国起初阶段的粗放型经济，对能源消耗巨大，进而对能源的需求也进一步增加，传统的化石能源的逐渐减少，开发新能源迫在眉睫，所以开发太阳能技术对我国的可持续发展有着十分重要的意义。目前无机太阳能电池占太阳能电池中的绝大部分，技术工艺已经非常成熟了，而且无机太阳能电池具有转化效率高、硅材料丰富等特点。但是有利又有弊，在制造无机太阳能电池的过程中，要消耗大量的能源，而且也产生不可忽视的污染，这样制造出来的电池性价比并不高。从长远来看，无机太阳能电池并不是一种理想型的太阳能电池。相反与之对应的，有机太阳能电池制造工艺简单，能耗很低，污染少，可以克服无机太阳能电池的上述缺点。而且有机太阳能电池易于大面积连续化生产，可以制作在柔性基底上等特点也是无机太阳能电池所不能做到的。但问题是，有机太阳能电池转化效率很低，距离真正的商用化还有一段很长的时间。故如何将有机太阳能电池的转化效率提高成为了研究的热点。当光照射到太阳能电池的发电材料时，电子吸收光能从材料的HOMO能级跃迁到材料的LUMO能级。这时,无机材料形成Wannier激子,Wannier激子的束缚能为数个毫eV,依靠晶格振动便可将Wannier激子分离为自由载流子。有机材料形成的是Frenkle激子，Frenkle激子的束缚能为0.3-1.0eV, Frenkle激子只有扩散到p_n结界面，借助于异质结处形成的内建电场来分离出自由的电子和空穴。电子进入n型材料，空穴进入p型材料，最终分别到达阴极和阳极。在形成晶体时，无机材料间形成的是共价键，有机材料形成的是分子间作用力即范德华尔斯力，共价键可以牢固的结合，但范德华尔斯力相对很弱，因此，无机材料可以形成较大体积的晶体，而有机材料形成的是局域态的分子集团。结果就是，有机材料不会形成像无机材料那样连续的能带。这样有机材料中载流子以一种跳跃的方式(hopping)传递。这就导致了有机材料载流子迁移率比无机材料低很多，也是最终导致有机太阳能电池转化效率低的原因之一。另外一个导致有机太阳能电池转化效率低的原因是:在光照形成激子后，激子在异质结界面处分离效率很低。原因主要是异质结界面的内建电场很弱，不足以使Frenkle激子(束缚能为0.3-1.0eV)分离，所以如果能改善异质结两边的电荷分布，增加内建电场，就能提闻激子的分尚效率，并最终在一定程度上提闻有机太阳能电池的转化效率。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术目的在于如何提供一种，解决异质结界面的内建电场很弱而导致有机太阳能电池转化效率低的技术问题。该金属网层与N型受体材料层形成局部肖特基结，在原有的异质结基础上，从而形成双内建电场，增加了异质结结构厚度，进而提升了光生激子的分离效率，最终提高有机太阳能电池的转化效率。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案: 一种金属网嵌套异质结的有机太阳能电池，包括透明衬底、透明阳极电极、空穴传输层、给体材料层、受体材料层、电子缓冲层和阴极电极，其特征在于，所述给体材料层与受体材料层之间设置有超薄金属网状结构层，所述超薄金属网状结构层与给体材料层和受体材料层的接触，形成阶梯式电荷的扩散通道。这样有利于电子扩散到给体材料层和空穴扩散到受体材料层，最终形成了双内建电场，提高了光生激子在给体材料和受体材料接触界面的分离效率。本专利技术所提供的金属网嵌套异质结的有机太阳能电池，其特征在于所述超薄金属网状层的厚度为0.3nm-10nm。本专利技术所提供的金属网嵌套异质结的有机太阳能电池，其特征在于，所述受体材料层的材料为有机n型材料，电子为多数载流子，其材料为富勒烯衍生物或其他受体材料(如BBL (梯形聚合物))和含芘酰亚胺聚合物材料)。本专利技术所提供的金属网嵌套异质结的有机太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层为有机导电聚合物薄膜或金属氧化物薄膜，其中有机导电聚合物薄膜为聚(3，4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐PED0T:PSS或聚苯胺PANI类有机导电聚合物薄膜，金属氧化物薄膜为氧化钥薄膜或氧化镍薄膜；所述电子缓冲层是金属有机配合物，为吡啶类、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-羟基喹啉铝或二(2-甲基-8-喹啉并)-4-(苯基苯酚)铝，吡啶类化合物包括三[2，4，6-三甲基-3-(吡啶-3-yl)苯基]-硼烷，邻菲咯啉类化合物包括2，9- 二甲基-4，7-联苯-1，10-邻二氮杂菲或者4，7-联苯-1，10-邻二氮杂菲，噁二唑类化合物材料是2-(4-二苯基)-5- (4-叔丁苯基)-1, 3，4-噁二唑或1，3- 二 [ (4-三元胺-丁基苯基)-1, 3，4-重氮基酸-5-yl]苯，咪唑类化合物材料是1，3，5-三(N-苯基-苯并咪唑-2)苯。本专利技术所提供的金属网嵌套异质结的有机太阳能电池，其特征在于，所述透明衬底为玻璃或者柔性基片或者金属片或金属箔片；所述透明阳极电极是金属氧化物薄膜如IT0;所述阴极电极为锂、镁、钙、锶、铝或铟或它们组合形成的合金。本专利技术还提供的金属网嵌套异质结的有机太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: ①先对衬底进行彻底的清洗，清洗后干燥； ②在衬底表面形成阳极； ③在阳极上形成一层空穴传输层； ④在空穴传输层上形成一层给体材料； ⑤在给体材料层上形成网状的连续的超薄膜层； ⑥在超薄膜层和给体材料层上形成一层受体材料层； ⑦在受体材料层上形成一层电子缓冲层； ⑧在电子缓冲层上形成阴极。本专利技术还提供的金属网嵌套异质结的有机太阳能电池的制备方法，所述阳极、阴极是通过真空热蒸镀、磁控溅射、等离子体增强的化学气相沉积、丝网印刷或打印中的一种方法制备。本专利技术所提供的金属网嵌套异质结的有机太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述空穴传输层、给体材料层、超薄膜层、受体材料层和电子缓冲层通过等离子体增强的化学气相沉积、热氧化、旋涂、真空蒸镀、旋涂、滴膜、压印、印刷或气喷中的一种方法制备。本专利技术所提供的金属网嵌套异质结的有机太阳能电池的制备方法，由于金属材料的HOMO，LUMO能级与给体材料p型和受体材料n型的匹配，这样,在没有金属材质形成的金属网嵌套异质结的情况下，n型材料的多数载流子电子在扩散到p型材料时，电子要跨越的势垒为从n型材料的LUMO能级到p型材料的LUMO能级，这是一个相对较高的势垒。同时，P型材料的多数载流子空穴在扩散到n型材料时，本文档来自技高网...
【技术保护点】
金属网嵌套异质结的有机太阳能电池，包括透明衬底、透明阳极电极、空穴传输层、给体材料层、受体材料层、电子缓冲层和阴极电极，其特征在于，所述给体材料层与受体材料层之间设置有超薄金属网状结构层，所述超薄金属网状结构层与给体材料层和受体材料层的接触，形成电荷的扩散通道。这样有利于电子扩散到给体材料层和空穴扩散到受体材料层，最终形成了双内建电场，提高了光生激子在给体材料和受体材料接触界面的分离效率。
【技术特征摘要】
1.金属网嵌套异质结的有机太阳能电池，包括透明衬底、透明阳极电极、空穴传输层、给体材料层、受体材料层、电子缓冲层和阴极电极，其特征在于，所述给体材料层与受体材料层之间设置有超薄金属网状结构层，所述超薄金属网状结构层与给体材料层和受体材料层的接触，形成电荷的扩散通道。这样有利于电子扩散到给体材料层和空穴扩散到受体材料层，最终形成了双内建电场，提高了光生激子在给体材料和受体材料接触界面的分离效率。2.根据权利要求1所述的金属网嵌套异质结的有机太阳能电池，其特征在于，所述超薄金属网状层的厚度为0.3nm-10nm。3.根据权利要求1所述的金属网嵌套异质结的有机太阳能电池，其特征在于，所述受体材料层的材料为有机n型材料，电子为多数载流子，其材料为富勒烯衍生物或其他受体材料。4.根据权利要求1所述的金属网嵌套异质结的有机太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层为有机导电聚合物薄膜或金属氧化物薄膜，其中有机导电聚合物薄膜为聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐PEDOT:PSS或聚苯胺PANI类有机导电聚合物薄膜，金属氧化物薄膜为氧化钥薄膜或氧化镍薄膜；所述电子缓冲层是金属有机配合物，为吡啶类、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-羟基喹啉铝或二(2-甲基-8-喹啉并)-4-(苯基苯酚)铝，吡啶类化合物包括三[2，4，6-三甲基-3-(吡啶-3-yl)苯基]-硼烷，邻菲咯啉类化合物包括2，9- 二甲基_4，7-联苯-1，10-邻二氮杂菲或者4，...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟建，秦春伟，杜新炜，赵志宇，邓鸣，于军胜，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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