[发明专利]基于双反射镜金属电极的聚合物太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物太阳能电池领域，具体为基于双反射镜金属电极的聚合物太阳能电池及其制备方法。

背景技术

聚合物太阳能电池因为其具有的低成本、易于加工、可大面积制作等特点，近年来受到广泛关注。传统的聚合物太阳能电池的结构包括透明电极、金属电极以及夹装于透明电极与金属电极之间的半导体聚合物材料，其中一侧的透明电极使得光最大可能地透过并被聚合物材料吸收，另外一侧为金属电极则通过光的反射提高聚合物材料对光的二次吸收。但是由于半导体聚合物材料存在禁带宽度，这就导致吸收光谱难以覆盖整个可见光波段，使得由于光谱利用不充足导致光电转化效率低始终是电池性能的短板。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了基于双反射镜金属电极的聚合物太阳能电池，其能解决现有聚合物太阳能电池存在的由于光谱利用不充足而光电转化效率低的问题。为此，本发明还提供了制备方法。

基于双反射镜金属电极的聚合物太阳能电池，其为多层层状结构，其特征在于：其依次包括层状复合的透明基板、透明电极、有源层、氟化锂层、金属电极，所述透明电极包括依次层叠复合的三氧化钨（WO₃）、金（Au）、三氧化钨（WO₃）而成的复合薄膜，其中与所述有源层复合的三氧化钨作为空穴传输层、金（Au）作为阳极，所述有源层为以二氯苯为有机溶剂的PCDTBT与PCBM的共混物，所述金属电极为铝。

进一步的，所述有源层的厚度为60nm～80nm。

优选的，所述有源层的厚度为70nm。

进一步的，所述透明电极中的金（Au）的厚度为10-15nm，与所述透明基板接触复合的三氧化钨的厚度为20-40nm，与所述有源层接触复合的三氧化钨的厚度为10-20nm。

进一步的，所述氟化锂层的厚度为0.5-1nm。

进一步的，所述金属电极铝的厚度为80-100nm。

进一步的，所述透明基板为透明导电玻璃。

基于双反射镜金属电极的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于：其依次包括以下步骤，

步骤1，清洗并干燥透明导电玻璃：依次用丙酮、乙醇、去离子水擦拭玻璃片，然后对透明导电玻璃进行超声清洗，清洗后，用干燥氮气吹干，放入培养皿中；

步骤2，在经步骤1清洗干燥后的透明导电玻璃表面采用蒸发法制备透明电极：在 6-8×10^-4 pa气压下，以0.1-0.5 nm/s的速率依次在蒸发20-40 nmWO₃，10-15 nm Au和10-20 nm WO₃薄膜；

步骤3，制备PCDTBT与PCBM混合溶液；

步骤4，在经步骤2制备好的透明电极的表面以1000-1200rpm的转速旋涂步骤2制备好的PCDTBT与PCBM混合溶液形成有源层厚度为60nm～80nm或者厚度为120nm～140nm的器件样品，再将器件样品放入真空烘箱中，100℃下退火30min。

步骤5，将器件样品取出，在样品器件的所述有源层的表面通过热蒸发的方法生长一层厚度为0.5-1nm氟化锂材料；再在氟化锂材料表面生长一层厚度为80-100nm 的金属铝材料。

进一步的，所述步骤3中PCDTBT与PCBM混合溶液的制备过程，在室温下，将PCDTBT在100～500rpm搅拌速度下边搅拌边溶于有机溶剂二氯苯中并持续搅拌12-24小时，配成15-20毫克/毫升的溶液，再向溶液中加入PCBM并在1500-2000 rpm的搅拌速度下持续搅拌36-72小时配制成质量比为1：4的PCDTBT:PCBM混合溶液。

本发明的有益效果在于：其以依次层叠复合的三氧化钨、金、三氧化钨而成的复合薄膜作为透明电极替代传统的ITO（氧化铟锡），并且以其中的金层作为阳极，从而作为阳极的金层与作为阴级的铝层之间能够实现多次反射，既而能有效增强有源层即对光的吸收，进而提高太阳能电池的能量转化效率；另外，其以与有源层复合的三氧化钨作为空穴传输层，而三氧化钨作为一种有机P型半导体材料，可以有效地传导激子分离后的空穴，从而进一步能提高电池的转化效率；同时由于三氧化钨薄膜非常均匀致密，与透明导电玻璃表面接触良好，可以有效减小太阳能电池的串联电阻，从而提高太阳能电池的容量并提升其充放电性能。

附图说明

图1为本发明基于双反射镜金属电极的聚合物太阳能电池的结构示意图；