[发明专利]一种有机薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池领域，特别涉及一种有机薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

自从太阳能电池商业应用以来，以无机半导体为主要材料制成的太阳能电池，单晶硅、多晶硅和非晶硅系列应用最为广泛。经过最近几年的发展，硅基太阳能电池相关的技术已有了长足的进步，但提纯硅的方法依然是氧化还原法，这种氧化还原过程必然导致晶体硅太阳能电池制造能耗大、污染高、工艺复杂且生产设备昂贵。与此相比有机半导体太阳能电池由于其制作成本低廉、工艺简单、轻便便携、可以弯曲等特点，引起越来越多的关注。有机太阳能电池的实现主要通过于有机半导体材料中的空穴和电子的迁移实现光电转换功能，但是，目前的薄膜有机太阳能电池吸收太阳能的光电转化率低，结构不够合理，不能大规模生产，因此，导致有机薄膜太阳能利用率成本比较高，制约着有机薄膜太阳能行业的发展。

2014年，IBM研究院发明了一款微观（microscopic）3D打印机，可以在柔软的聚合物雕刻上纳米级分辨率图案，随后扩展在硅，III-V(砷化镓)，或是石墨烯基板等材料进行雕刻。它可以像纳米级分辨率的铣床一样运作，在有机化合物上雕刻出纳米级的沟槽。

目前有机薄膜太阳能中常见的两种光活性层的结构形式为：平面异质结构和体相异质结构。平面异质结接触面积很有限，光电转化效率低，而体相异质结构，虽然接触面积得到很大提高，但是，电子和空穴在运动过程中大量湮灭，光电转化效率也较低。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种有机薄膜太阳能电池，通过优化光活性层的结构，能够加大P型材料和N型材料的接触面积，激发更多的空穴和电子；同时这样的结构可以降低电子和空穴运动过程中的湮灭，具有光电转化效率高的特点。

一种有机薄膜太阳能电池，包括从上到下依次排列叠加的金属阴极层1、阴极修饰层2、光活性层3、阳极缓冲层4、透明导电阳极层5和衬底层6；

所述的光活性层3包括电子受体7、盲孔8、凸台9和电子给体10；

所述的盲孔8为圆柱形，凸台9为圆柱形；

所述的盲孔8与凸台9轴线重合；

所述金属阴极层1的厚度为1-5μm；

所述阴极修饰层2的厚度为1-5nm；

所述光活性层3的厚度为130-180nm；

所述阳极缓冲层4的厚度为120-250nm；

所述衬底层6和透明导电阳极层5的厚度为0.3-2.0mm；

所述光活性层3中电子受体为材料为富勒烯衍生物，电子受体7厚度为110-130nm；最为优选的厚度为120nm。

所述光活性层3中盲孔8的直径为40-60nm，盲孔深度为100nm。

所述光活性层3中电子给体材料为3-己基噻吩的聚合物，电子给体材料基座10厚度为20-50nm，最为优选的厚度为30nm。

所述光活性层3中凸台9的直径为40-60nm，凸台高度为100nm。

所述金属阴极层1为厚度为2μm 的镀铝层，所述阴极修饰层2为2nm 的氟化锂，所述光活性层3为包括3-己基噻吩和料富勒烯衍生物的凸台盲孔结构，厚度为150 nm，所述凸台8的直径为50nm，凸台高度为100nm, 所述盲孔7的直径为50nm，孔深为100nm，所述阳极缓冲层4为200nm 的3，4-乙撑二氧噻吩单体的聚合物: 聚苯乙烯磺酸盐，所述衬底层6和透明导电阳极层5的总厚度为0.7mm。

铝的元素符号为Al，3-己基噻吩的聚合物符号为P3HT，氟化锂符号为LiF，富勒烯衍生物符号为PC₆₀BM, 4-乙撑二氧噻吩单体的聚合物符号为PEDOT，聚苯乙烯磺酸盐符号为PSS，导电氧化铟锡薄膜符号为ITO。

本发明所提供的有机太阳能电池的制备方法，包括如下步骤:

衬底层6和透明导电阳极层5的处理:

衬底层6材料选用ITO导电玻璃(珠海凯为电子元器件有限公司，方阻14Ω/口，透过率85% ，厚度为0.3-2.0mm)，将其蚀刻电极图案后，先清洗干净，然后依次用去离子水、无水乙醇、丙酮和异丙醇各超声清洗l0min,氮气吹干，紫外/臭氧处理20min。

阳极缓冲层4的制备:

在ITO表面旋涂PEDOT:PSS阳极缓冲层，匀胶机转速3000rpm，旋涂30s，厚度为120-250nm。在150℃下，退火l0min。

光活性层3的制备: