[发明专利]有机太阳能电池及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池制作领域，具体设计一种具有馅光结构的有机太阳能电池及其制作方法。

背景技术

随着主要能源--化石燃料(煤、石油、天然气等)的不断耗尽及环境污染的日益严重，能源问题已成为当今社会面临的重要问题之一。从而促使研究者的目光转向清洁的可再生能源。太阳能由于其“取之不尽、用之不竭”是一种真正意义上的“绿色”能源，而成为世界各国政府可持续发展的能源战略。目前使用的太阳能电池，主要依靠硅或稀有金属合金等无机材料制成。

而有机太阳能电池是20世纪90年代发展起来的新型太阳能电池，它以有机半导体作为实现光电转换的活性材料。与无机太阳能电池相比，具有成本低、厚度薄、质量轻、制造工艺简单、可做成大面积柔性器件等突出优点，因而日益引起了人们的关注。但同时，有机太阳能电池的电池效率一直未能超过10%，因此广大科研工作者一直致力于寻求新的方法来提高其效率。而提高有机太阳能电池效率的方法总体上可以分为两大类（1）新材料的开发与应用（2）结构的优化与改进。就在结构优化与改进而言，陷光技术（light trapping）日益引起人们的重视。目前陷光技术的主要研究方向在以下三个方面:

（1）纳米结构实现表面等离子体效应;

（2）减反射结构实现光增透;

（3）光子晶体实现波导共振。

在有机太阳能电池的陷光纳米结构制作中，纳米压印技术是最常用的技术之一，可分为硬纳米压印技术（Hard nanoimprint lithography;Hard NIL）和软纳米压印技术（Soft nanoimprint lithography;Soft NIL）。

2009年，Ximin He等在NanoLetter上发表论文（参见以下说明的非专利文献1），采用Si模板硬纳米压印方法，通过迭次压印，在P3HT和F8TBT活性层上形成了50nm-80nm槽深的聚合物-聚合物（Polymer-Polymer）异质结微纳米结构，首次将聚合物-聚合物异质结OPV电池的PCE提高到1.9%。

但基于石英、玻璃和硅片的硬纳米压印技术由于基板的坚硬，在与有机材料接触中，会导致空气的陷入，从而引起表面的不均一，降低了复制的可靠性。此外，硬纳米压印技术为了便于脱模，模版需要进行表面改性处理（如氟化处理）来降低其表面能（参见以下说明的非专利文献2）。

而软纳米压印通过将石英、玻璃和硅片等硬质基板的纳米结构转移到PDMS或PFPE上可以克服硬纳米压印上述缺陷。2011年，Doo-Hyun Ko等在旋涂P3HT：PCBM（（Poly(3-hexylthiophene)：(6,6)-Phenyl-C61-butyric acid methyl ester））混合有机溶液后，将全氟聚醚（PFPE）模仁置于P3HT：PCBM构成的活性层上，在30分钟内，保持150°C和适当压力，将全氟聚醚（PFPE）上的不同形貌的周期性光子晶体结构转移到活性层上（参见以下说明的非专利文献3），利用光子晶体的导模共振作用，在波长为400nm-800nm范围内大幅度减少了入射光线的反射。2012年，You,J等人利用聚二甲硅氧烷（PDMS）作为转移介质材料，采用软纳米压印技术，通过直接压印活性层，在活性层上形成了周期性的光栅结构，然后蒸镀电极，从而形成具有表面等离子散射增强效应的金属背电极结构，一定程度上提高了有机太阳电池的效率（参见以下说明的非专利文献4）。

但经文献检索，未见有通过软纳米压印电子传输层或空穴传输层，形成纳米陷光结构的有机电池的相关报道。

中国专利申请第201110068868.1号公开了一种太阳能电池，该太阳能电池在制作过程中，在太阳能电池背电极与光伏层之间制备出一层由金属纳米链组成的金属纳米薄膜，入射光经过光阳极和光伏层，被局域在金属纳米链表面，并形成横向传输的表面等离子体激元传输模式，因此大幅增长了入射光在光伏层的有效传输距离，从而提高太阳能电池对入射光的吸收效率，可大幅提高太阳能电池的光电转换效率。但是该技术的缺点在于：金属纳米薄膜与光伏层之间直接接触，易影响太阳能电池器件电阻、开路电压、填充因子等电学性质。