[发明专利]基于异质结阴极缓冲层的有机太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于异质结阴极缓冲层的有机太阳能电池，该电池采用反型结构，自下而上依次为：透明衬底、透明导电阴极、阴极缓冲层、有机活性层、阳极缓冲层、金属阳极；所述阴极缓冲层为SnO₂薄膜和ZnO薄膜构成的异质结阴极缓冲层；SnO₂薄膜和ZnO薄膜通过旋涂方法制备，制备SnO₂薄膜匀胶机转速为4000～8000rpm/s，旋涂时间为15～60s；制备ZnO薄膜匀胶机转速为4000～8000rpm/s，旋涂时间为15～60s。本发明极大的降低了电子与空穴的复合几率，增加了载流子的寿命，从而提高了太阳能电池的能量转换效率。

技术领域

本发明属于有机光伏器件技术领域，具体涉及一种基于异质结阴极缓冲层的有机太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着全球气候变暖和环境恶化的日益严重，人类面临着能源危机与环境污染的双重考验，因此，开发并有效利用清洁、可再生能源迫在眉睫。太阳能作为一种清洁绿色能源，取之不尽用之不竭，引起了人们的广泛关注。

太阳能电池是一种直接将光能转换成电能的装置，是利用太阳能的最有效的方式之一。传统太阳能电池主要研究以硅、砷化镓和碲化镉为活性材料的无机太阳能电池，但其加工工艺复杂、制造能耗大、材料要求苛刻、价格较高和不易进行大面积柔性加工，因此，抑制了它的发展和普及。

有机薄膜太阳能电池具有成本低、光吸收系数高、质地轻、制造工艺简单、可制成大面积柔性器件等优点，因此，成为了太阳能电池领域最有前景的技术之一，也是世界太阳能研究领域的热点。尽管近年来有机薄膜太阳能电池发展迅速，光电转换效率已达到10％以上，然而，与无机太阳能电池的大规模生产相比，其光电转换效率还相对较低，这也是防止其商业化的一大阻碍。研究表明，添加适当的阳极或阴极缓冲层可以显著提高电荷传输和收集效率，从而提高太阳能电池的能量转换效率。

在有机太阳能电池中，金属氧化物ZnO是最常用的阴极缓冲层材料，其具有高的电子迁移率和透光率，易于加工，环境友好，稳定性高；但是ZnO胶体薄膜具有较高的粗糙度，表面缺陷密度大，电荷重组增加，使得器件性能降低。另外，SnO₂由于具有较高的透光率，电子迁移率和极好的空气稳定性，因此，也被用作阴极缓冲层。然而，由于SnO₂整流特性较差，导致基于SnO₂的有机太阳能具有严重的电荷重组现象，使得器件的填充因子和光电转换效率较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于异质结阴极缓冲层的有机太阳能电池及其制备方法，该太阳能电池降低了载流子复合的几率，能够有效的提高太阳能电池的能量转换效率。

为了解决上述技术问题，本发明的基于异质结阴极缓冲层的有机太阳能电池采用反型结构，自下而上依次为：透明衬底、透明导电阴极、阴极缓冲层、有机活性层、阳极缓冲层、金属阳极；其特征在于所述阴极缓冲层为SnO₂薄膜和ZnO薄膜构成的异质结阴极缓冲层；

所述异质结阴极缓冲层通过下述方法制备：

配制锡离子浓度为0.1～0.3mol/L的氧化锡前驱体溶胶，经磁力搅拌、静置后，用匀胶机旋涂于透明导电阴极上，匀胶机转速为4000～8000rpm，旋涂时间为15～60s；然后进行干燥处理得到氧化锡前驱体薄膜；

配制锌离子浓度分别为0.1～0.3mol/L的氧化锌前驱体溶胶，经磁力搅拌、静置后，用匀胶机旋涂于SnO₂阴极缓冲层上，匀胶机转速为4000～8000rpm，旋涂时间为15～60s；然后进行干燥处理得到氧化锌前驱体薄膜；

在300～600℃高温下煅烧得到SnO₂薄膜和ZnO薄膜构成的异质结阴极缓冲层，高温烧结时间为30-120min。