[发明专利]异质结构等离激元与体异质结结合的太阳电池

说明书

技术领域

本发明涉及有机光电器件技术领域，具体涉及一种异质结构等离激元与体异质结结合的太阳电池结构，该结构采用异质结构等离激元，一种金属等离激元纳米粒子修饰的一维氧化物纳米棒复合材料掺杂电池有源层，利用金属等离激元的近场电场增强效应与体异质结结合，提高了光生激子的电荷分离效率，同时通过一维氧化物纳米结构大大提高了电荷的传输通道。在不降低有机体异质结太阳电池开路电压的情况下提高了电池的短路电流，从而提高太阳电池的能量转换效率。

背景技术

目前，市场上的太阳电池产品以无机材料为主，主要是基于硅基片，III-V族化合物，碲化镉等半导体材料。这类电池能量转化率较高，性能稳定，但是制作成本高，工艺复杂，不能制备成柔性电池，材料要求苛刻，而且材料本身有可能造成后续污染，使得这类电池无法大面积推广。有机体异质结太阳电池的材料能够直接从溶液中制得且可以低成本生产大面积的半导体薄膜，同时这些材料与柔性的机体有良好的兼容性，因此理论上它们能够达到太阳能电池低成本和简易制作工艺的目标。

目前，研究最为广泛的有机体异质结太阳能电池的电池结构为ITO(铟锡氧化物)/PEDOT:PSS(聚3，4-乙烯基二氧噻吩：磺化聚苯乙烯)/有源层/Ca/Al，有源层最常见的材料体系为有机电子给体P3HT和有机电子受体PCBM。当光照射到电池的有源层后，光子被有机电子给体材料吸收，激发电子从价带跃迁到导带，形成电子空穴对(激子)。激子扩散到有机电子给体材料和有机电子受体材料的界面处在两者功函数差的作用下分裂为自由载流子，其空穴留在有机电子给体材料内沿着有机电子给体材料传导至阳极，而电子则迁移至有机电子受体材料中，沿着有机电子受体材料传输至阴极。

在过去的十几年里，科研工作者开展了大量的工作，有机体异质结太阳能电池的能量转换效率有了迅速的提升，目前这种电池的转换效率已经超过了8％正向10％前进。限制该电池能量转换效率的主要原因可以归结为以下五个原因，第一是P型n型材料的能级失配；第二，没有足够的光吸收；第三，低的激子扩散长度；第四，电荷的或激子的非辐射复合；第五，电荷的迁移率低。在确定的材料体系中，最为至关重要的因素是电荷或激子的非辐射复合。为解决该问题，本发明提供的基于一种基于异质结构等离激元与体异质结结合的太阳电池结构，将异质结构等离激元，一种金属纳米粒子修饰的一维氧化物纳米复合材料掺杂有机体异质结太阳能电池有源层中，利用异质结构等离激元的近场电场增强效应与体异质结结合，提高光生激子的电荷分离效率，同时通过一维氧化物纳米结构大大提高了电荷的传输通道。在不降低有机体异质结太阳电池开路电压的情况下提高了电池的短路电流，从而提高太阳电池的能量转换效率。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种异质结构基于等离激元与体异质结结合的太阳电池结构，利用异质结构等离激元的近场电场增强效应与体异质结结合，提高了光生激子的电荷分离效率，同时通过一维氧化物纳米结构大大提高了电荷的传输通道。在不降低有机体异质结太阳电池开路电压的情况下提高了电池的短路电流，从而提高太阳电池的能量转换效率。

本发明提供一种基于异质结构等离激元与体异质结结合的太阳电池结构，该结构由下至上依次包括：

一透明衬底；

一阳极，其沉积在该衬底上；

一下缓冲层，其沉积在阳极上；

一掺杂有源层，其沉积在下缓冲层上；

一上缓冲层，其沉积在该掺杂有源层上；以及

一阴极，其沉积在该上缓冲层上。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的基于一种基于异质结构等离激元与体异质结结合的太阳电池结构，通过掺杂异质结构等离激元，一种金属等离激元纳米粒子修饰的一维二氧化钛纳米棒复合材料在电池有源层中，在有源层中形成等离激元的体分布，发挥其近场增强光吸收作用，以及近场电场增强效应，大大提高了光生激子的电荷分离效率，同时通过一维氧化物纳米结构大大提高了电荷的传输通道。在不降低有机体异质结太阳电池开路电压的情况下提高了电池的短路电流，从而提高太阳电池的能量转换效率。

附图说明

为进一步说明发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中掺杂有源层4掺杂的异质结构等离激元复合材料的示意图；

图3是光源为100mW/cm²的AM1.5的模拟太阳光下本发明器件及标准器件1，2的I-V曲线。