[發明專利]太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201010266944.5
• 申請日: 2010-08-27
• 公開（公告）號: CN102386332A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 周明杰;黃杰;孫曉宇
• 申請（專利權）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術有限公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 何平

【技術領域】

本發明涉及一種太陽能電池，尤其涉及一種有機小分子太陽能電池及其制備方法。

【背景技術】

太陽能電池是一種將光能轉換為電能的光伏器件。自從1954年貝爾實驗室報道了效率為4％的無機太陽能電池開始，半個世紀以來，太陽能電池獲得了飛速的發展，在全球范圍內都掀起來一場“綠色能源革命”。目前，基于單晶硅材料的太陽能電池已經可以達到25％的能量轉換效率，已經接近了PN結光伏電池的最大效率極限。20世紀90年代以后，無機太陽能電池家族中又發展起來了砷化鎵、碲化鎘等等光伏器件。但是，直到今天，居高不下的成本是限制無機半導體太陽能電池大規模推廣應用的首要問題。

最為廉價且有吸引力的太陽能電池材料非有機材料莫屬。這一方面是由于有機材料本身價格比較低廉、其柔性性以及成膜性都比較高；另一方面，有機太陽能電池的加工過程相對無機電池較為簡單，器件制作的成本也相對較低。同時有機太陽能電池還可以使用柔性襯底，具有便于攜帶、可卷曲的優勢。因而，近二十年來，有機太陽能電池越來越受到學術界以及企業的關注。

有機太陽能電池的研究始于1958年，Kearns和Calvin將鎂酞菁染料(MgPc)夾在兩個不同功函數的電極之間，制成“三明治”結構，從而得到了200mV的開路電壓，但是其短路電流輸出則非常低，所以其能量轉換效率也相對較低。這種單層有機太陽能電池結構，在1986年被C.W.Tang采用雙層異質結結構所替代，得到了1％的能量轉換效率。能量轉換效率得到大幅提升的原因即是認為雙層異質結結構提供一個高效的激子拆分的界面，也即是說雙層異質結構使得中性的電子-空穴對拆分成自由載流子變得更加的容易。

在異質結有機小分子太陽能電池中，其光敏材料吸收太陽光之后產生激子，而激子是呈電中性的，因此光生激子必須遷移至給體受體異質結界面處才能高效地拆分成電子、空穴自由載流子，從而向外輸出光電流。因此，異質結界面的激子拆分對于有機太陽能電池的轉換效率有重要的影響。然而，激子在有機材料中的擴散長度是有限的，一般都在幾十納米之內，這樣在有機太陽能電池器件中距離給體受體異質結界面較遠處產生的激子就無法擴散到拆分界面而白白損失了。所以一般情況下，有機小分子太陽能電池的薄膜厚度都在幾十納米之內。但是，這樣做的代價是犧牲了電池對太陽光的充分吸收。因為，較薄的有機小分子太陽能電池對于太陽光的吸收是不完全的。

【發明內容】

基于此，有必要提供一種能量轉換效率較高的太陽能電池及其制備方法。

一種太陽能電池，包括：透明絕緣層；透明電極層，設于透明絕緣層上；納米顆粒層，設于透明電極層上；第一光敏層，設于納米顆粒層上；第二光敏層，設于第一光敏層上，第一光敏層和第二光敏層形成電子給體-電子受體異質結結構；緩沖層，設于第二光敏層上；及反射電極層，設于緩沖層上。

由于在沉積了納米顆粒修飾的透明電極層表面粗糙不平，所以在納米顆粒上沉積的第一光敏層的表面也變得粗糙不平，這就使得第一光敏層與第二光敏層的接觸面積增大。給體-受體異質結界面是光生激子拆分的主要區域，在增加了異質結界面的接觸面積之后，光生激子拆分的區域得到了擴展，使得更多的激子可以得到有效的拆分，并形成光電流輸出。這樣，即在不降低厚度、不犧牲光吸收效率的前提下提高了激子的拆分效率，從而最終提高異質結有機小分子太陽能電池的能量轉換效率。

在優選的實施例中，第一光敏層由電子給體材料構成，該第二光敏層由電子受體材料構成。

在優選的實施例中，該電子給體材料為酞菁染料、菁染料、并五苯及卟啉化合物中的至少一種；該電子受體材料為PTCDA、C₆₀、C₇₀、碳納米管、石墨烯、二奈嵌苯及其衍生物中的至少一種，或為以下無機納米材料中的至少一種：CdSe，CdS，CdTe，TiO₂，ZnO，PbS及SnO₂。

在優選的實施例中，該納米顆粒層包含金屬納米顆粒，該金屬納米顆粒為Au、Be、Co、Pd、Pt納米顆粒中的至少一種。

在優選的實施例中，該納米顆粒層包含小分子納米顆粒，該小分子納米顆粒為CuPc，NPB及C₆₀中的至少一種。

在優選的實施例中，該緩沖層的材料為BCP、Alq₃及LiF中的至少一種。

在優選的實施例中，該反射電極層為具有金屬薄膜的電極，該金屬薄膜為Al、Ca-Al合金、Ba-Al合金及Mg-Ag合金薄膜中的至少一種。