[发明专利]一种有机薄膜太阳能电池及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机太阳能电池制备领域。

背景技术

随着人类社会现代化发展，人类对于能源的消耗速度迅速上升。而现在社会能源主要来自于煤、石油、天然气等不可再生能源，一方面由于上述能源的储量有限，不能长久的供给人类社会；另一方面，由于化石燃料的燃烧，导致生态环境破坏，例如温室气体的排放成为全球性问题。 

为了解决能源问题，开发新型可再生清洁能源是一项重要而且紧急的工作。太阳能作为一种重要的可再生能源，对于人类来说是一种取之不尽的清洁能源。在过去几十年中，无机太阳能电池技术发展迅猛并日趋成熟，已经能够实现大规模发电。然而，无机太阳能电池昂贵的成本仍然阻碍其更广泛的应用，为了解决这一难题，有机聚合物太阳能电池技术在近年来得到了广泛关注，其能量转换效率逐年提高，发展成为太阳能电池技术的一个重要的分支。 

有机聚合物太阳能电池所使用的有机聚合物成本较无机材料，如硅、锗，要低很多。而且，聚合物太阳能电池的制备工艺简单，容易大规模生产，因此生产成本较低。截止2012年，聚合物太阳能电池效率已经达到9%左右，已经接近市场化应用临界值10%。 

虽然有机太阳能电池的电池效率在逐步提高，但是相比于无机太阳能电池，能量转换效率还是偏低的。这主要是有机材料迁移率不高，使得活性层厚度只有100nm左右，吸收效率较低。而对无机太阳能电池，如单晶硅太阳能电池，活性层厚度为1~200um，不需要采用特殊光学结构即可以实现100%的光子吸收效率。因此，如何提高有机太阳能电池的效率成为当今新能源领域热点问题。提高太阳能电池效率的一种重要方法是设计更好的太阳能电池器件结构，使其能够吸收更多的入射光，从而得到更高的光利用率。

2007年Kristofer Tvingstedt等发明了一种折叠V型结构的有机聚合物太阳能电池（K. Tvingstedt, V. Andersson, F. L. Zhang, and O. Ingan?s. Folded reflective tandem polymer solar cell doubles efficiency [J]. App. Phys. Lett, 91:123514）。这种结构将两片独立的平面电池器件，拼接成V型并将其串联。通过两个器件之间的相互反射，增加入射光在V型结构中的光程，从而增加器件对于光的吸收率和电池的外量子效率（EQE），进而提高了太阳能电池器件的能量转换效率。

2008年Yinhua Zhou等设计一种V型折叠结构的太阳能电池构成的阵列（Y. H. Zhou, F. L. Zhang, K. Tvingstedt, W. J. Tian, and O. Ingan?. Multifolded polymer solar cells on flexible substrates[J]. App. Phys. Lett, 93:033302）。此种结构是上面介绍的V型结构的延伸，将多个V型器件进行串并联组成阵列，对于有机太阳能电池大面积面板设计有很好的借鉴意义。但是，V型结构不能完全吸收散射光，存在漏光问题。

2012年Hongyu Zhen等设计了一种圆锥结构的有机太阳能电池（H. Y. Zhen, K. L. Z.Y. , Huang, Z., Tang, R.,  Wu et al. Inverted indium-tin-oxide-free cone-shaped polymer solar cells for light trapping[J]. App.Phys.Lett, 100:213901）。这种结构使用柔性衬底制作扇形平面器件，然后卷成立体圆锥形，作用类似光陷阱，可以使入射光在圆锥结构内进行多次反射，而减少反射出去的光。但是，上述锥形结构组成平板板阵列时，填充率较低，这是由于圆锥结构光入射面为圆形，相邻圆之间的空隙不能充分利用，损失掉部分面积。另外，有机太阳能电池器件常用电极材料ITO或Al金属不耐弯曲，容易剥脱，应力的存在会影响器件的使用寿命。

申请号为201010611615.X的中国发明专利公开了一种基于单晶硅衬底上多孔金字塔结构的制造方法，属于半导体技术领域。所述方法包括:先用传统太阳能电池制绒方法在单晶硅衬底上制备金字塔结构，再利用等离子体浸没离子注入方法在金字塔结构上制备纳米结构,从而在单晶硅衬底表面形成多孔金字塔结构。本发明在单晶硅衬底上制备多孔金字塔结构,只需两步工艺即可完成，制造过程简单，成本低，有广阔的产业化前景；同时，利用本发明方法在单晶硅表面制备的多孔金字塔结构,降低了单晶硅表面的反射率。