[发明专利]一种基于MoO3／Ag阳极的有机太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及有机太阳能电池的制备方法，特别是一种基于MoO₃／Ag阳极的有机太阳能电池及其制备方法。

技术背景

随着能源需求的急剧增加和对环境保护的不断重视，人们对于清洁能源的需求越来越大。太阳能取之不尽、用之不竭、廉价无污染，是人类能够自由加以利用的能源，而太阳能电池是利用太阳能的有效手段。但占主导地位的硅基太阳能电池高昂的成本大大阻碍了它的发展和普及。而有机材料具有成本低、光吸收系数高、质地轻、柔韧性好、制造工艺简单等优点，使其在太阳能电池中的应用引起了人们的广泛关注。有机太阳能电池已成为最有希望的下一代太阳能电池技术之一，也是世界太阳能研究领域的热点。

有机太阳能电池的主要参数例如填充因子和短路电流密度很大程度上取决于透明电极的串联电阻和光透射率。目前在有机太阳能电池里应用最广泛、技术最成熟的透明电极材料是铟锡氧化物(ITO)，之前取得的不少研究成果都是基于ITO透明电极的。但是地球上铟的含量比较低；而且要在衬底上形成ITO电极常用制备工艺(如溅射、热蒸发、脉冲激光淀积等)对设备有一定的要求，成本也比较昂贵；因而ITO透明电极的成本难以降低，不利于有机太阳能电池的大规模生产。有机太阳能电池未来的商业化趋势主要是大面积和柔性化(即可折叠)。而ITO透明电极的易碎性以及在酸性、压力条件下的不稳定性也让它无法适应有机太阳能电池的商业化趋势。所以人们开始积极寻找ITO的替代材料，并做了很多尝试。不含铟的透明导电氧化物(如稼掺杂氧化锌(GZO)和铝掺杂氧化锌(AZO))、银纳米线、石墨烯和碳纳米管都成功被用做有机太阳能电池的透明阳极来替代ITO。

可是这些方法也有着它们自身的缺陷。尽管GZO和AZO的成本要低于ITO，但是这两种电极在淀积到衬底上时依然需要高温溅射工艺，无法应用到柔性衬底上。而银纳米线、石墨烯和碳纳米管的制备工艺通常很复杂，不适合大规模器件方面的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服ITO电极无法应用到柔性衬底的缺点，提供一种基于MoO₃／Ag阳极的有机太阳能电池的制备方法，在大大降低电池成本的同时还能有效适用于卷对卷大规模生产工艺。

实现本发明目的技术关键如下：

一种基于MoO₃／Ag阳极的有机太阳能电池，自下而上依次包括厚度为1mm的玻璃衬底，厚度为2-10nm的MoO₃中间层和厚度为7-13nm的Ag层，厚度为10nm的MoO₃空穴传输层，厚度为80-100nm的P3HT∶PCBM有效层，厚度为100nm的Al阴极层；Ag本身的柔韧性和高电导率保证了该MoO₃／Ag阳极能替代ITO适用于基于柔性衬底的有机太阳能电池的制备；MoO₃中间层的引入则可以有效降低所需Ag层厚度，进一步减少成本。

一种基于MoO₃／Ag阳极的有机太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

(1)对玻璃衬底进行清洗；

(2)把样品放入集成的多源多室镀膜系统的金属室内，用热蒸发的方式在所述玻璃衬底上蒸镀厚度为2-10nm的MoO₃中间层，金属室的真空度为5×10^-4Pa；

(3)用热蒸发的方式在所述MoO₃中间层上蒸镀厚度为7-13nm的Ag层，金属室的真空度为5×10^-4Pa；

(4)用热蒸发的方式在所述Ag层上蒸镀厚度为10nm的MoO₃空穴传输层，金属室的真空度为5×10^-4Pa；

(5)把3-己基噻吩的聚合物(P3HT)和富勒烯的衍生物(PCBM)分别溶于1，2-氯苯中形成浓度为18mg／ml的溶液，再按体积比1∶0.8配置成混合液；

(6)把样品移至手套箱里的甩胶台上，通过甩胶旋涂上述P3HT∶PCBM混合液的方式在所述MoO₃空穴传输层上得到厚度为80-100nm的P3HT∶PCBM有效层，甩胶台的转速为1200rpms，时间为60s；

(7)把样品从手套箱移回集成的多源多室镀膜系统的金属室内，用电子束蒸发的方式在所述P3HT∶PCBM有效层上蒸镀厚度为100nm的Al阴极层，金属室的真空度为5×10^-4Pa；