[发明专利]活性层掺杂了GeSe二维纳米材料的有机太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种活性层掺杂了GeSe二维纳米材料的有机太阳能电池及其制备方法；该有机太阳能电池由阴极基地、电子传输层、活性层、空穴传输层以及阳极层依次叠层；所述活性层为掺杂了GeSe二维纳米材料的P3HT:PCBM薄膜。在本发明的有机太阳能电池中，掺杂的GeSe二维纳米材料有高载流子迁移率(10²cm²V^‑1S^‑1)、合适的能带带隙(1.2eV‑1.8eV)和高吸光系数(10⁴cm^‑1)，提高活性层对光照的利用率和导电性；本发明中用GeSe粉末与无水乙醇配成溶液后机械剥离，将得到的含有GeSe二维纳米片的溶液与活性层溶液混合后旋涂成膜，更为环保。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种活性层掺杂了GeSe二维纳米材料的有机太阳能电池及其制备方法。

背景技术

有机聚合物太阳能电池(PSCs)作为一种将太阳能转化为电能的新技术，具有制作简单、价格低廉和环境友好的特点，因而在太阳能源领域受到了广泛的关注。到目前为止，单层活性层的太阳能电池效率(PCE)已经达到了17％，而串联太阳能电池的效率已经超过了18％。然而，聚合物太阳能电池中有机物较差的电荷传输效率和短寿命激子极大地限制了聚合物太阳能电池效率的提高，其中，分离的电子和空穴在电荷的传递过程中由于复合或电荷捕获而消失；同时，聚合物太阳能电池的活性层材料对太阳光吸收的波长范围有限，极大限制了对太阳光的有效利用。因此，制备具有高电荷传输效率和光吸收范围广的活性层材料是十分重要的。

目前通过在二元的活性层溶液中掺杂第三种材料组成三元体系的方法已被广泛研究，掺杂的第三种材料可以提升活性层的电荷传输效率。如Wang.D.H等人利用金、银纳米粒子的掺杂提高电荷传输效率，提升了太阳能电池器件性能；如Chengwen Huang等人报道的二维Bi₂O₂Se材料掺杂进PBDB-T/ITIC活性层，提升了电荷的转移与收集，进而提升了太阳能电池的能量转换效率；几种参杂技术都能使电荷传输效率提高，从而提升器件性能，但是过多的参杂会导致活性层材料的过度聚集，破坏活性层有机材料间的相互作用，使电荷传输速率下降，同时，添加的金属纳米颗粒也不具有增加活性层光吸收波长范围的性能，不能有效的增加太阳能电池对光照的利用率。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种活性层掺杂了GeSe二维纳米材料的有机太阳能电池的制备方法。掺杂具有的高载流子迁移率的GeSe可以增加P3HT:PCBM活性层的电荷传输效率，并提高活性层的结晶度，提高电荷传输效率；GeSe合适的能带带隙也可以增加有机太阳能电池吸收光的波长范围，具有的高吸光系数能吸收利用更多的太阳光，有效提高有机太阳能电池的光能转换效率。

基于此，本发明还提供了一种活性层掺杂了GeSe二维纳米材料的有机太阳能电池。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的活性层掺杂了GeSe二维纳米材料的有机太阳能电池是一种活性层掺杂了GeSe二维纳米材料的有机太阳能电池。

本发明提供的活性层掺杂了GeSe二维纳米材料的有机太阳能电池，包括依次层叠设置的阴极基底、电子传输层、活性层、空穴传输层和阳极层，其中活性层为掺杂了GeSe二维纳米材料的P3HT:PCBM薄膜。

进一步地，所述阴极基底为铟锡氧化物玻璃(ITO)。

进一步地，所述电子传输层为ZnO，所述电子传输层的厚度为20-30nm。

进一步地，所述活性层厚度为110-130nm。

进一步地，所述空穴传输层为MoO₃，空穴传输层的厚度为

进一步地，所述阳极层为银，阳极层的厚度为