[發明專利]一種有機薄膜太陽能電池及其制備方法

無效

• 申請號: 201110132726.7
• 申請日: 2011-05-20
• 公開（公告）號: CN102201536A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發明（設計）人: 于軍勝;陳蘇杰;黃江;黃干欽;蔣亞東
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及有機光電技術領域，具體涉及有機薄膜太陽能電池及其制備方法。

背景技術

太陽能電池是將太陽能輻射的光能轉換為電能的器件。太陽能電池可用來對負載，如電燈、計算機等提供電能。傳統的太陽能電池需要大量的高質量的無機半導體材料，如硅、砷化鎵，使得成本很高。盡管多晶硅和無定型硅的應用比單晶硅成本低很多，但效率不高和成本居高不下仍然使得太陽能電池無法大面積推廣。有機太陽能電池包括染料敏化太陽能電池和有機薄膜太陽能電池，與染料敏化太陽能電池相比，有機薄膜太陽能電池具有全固態、易制作、潛在的低成本、柔性等優點，其研究和發展使太陽能電池低成本化成為可能，近年受到越來越多的關注。目前報道的最好的有機薄膜太陽能電池的能量轉換效率，已經接近商業化的無定型太陽能電池的效率。

有機薄膜太陽能電池的效率長期以來一直很低的原因，是與它的基本物理過程分不開的。而當一束光照射到有機半導體材料上時，有機半導體中通常不會形成自由載流子，而是先形成電子-空穴對(激子)。要利用有機材料得到光電流就必須使這些由光激發得到的激子被拆開，否則這些激子將通過輻射或非輻射的方式退激發。具有不同能級結構的兩種有機材料的界面被認為是拆分激子的地方，因此由光激發產生的激子必須首先擴散到界面才能最大程度地拆分激子。

最為典型的的有機薄膜太陽能電池是由具有不同能級結構的兩種有機半導體材料薄膜形成的雙層結構。由于存在兩種有機材料的界面小的問題，提高有機半導體材料產生的激子是提高有機薄膜太陽能電池效率的有效方案，因此有機半導體材料需要吸收更多的太陽光。在有機薄膜太陽能電池的入射光處加入增反層或增加有機半導體材料層的厚度可以增加有機半導體材料吸收射入太陽能電池內部的太陽光，但加入增反層減少了射入太陽能電池的光能，增加有機半導體材料層的厚度使激子難以有效地擴散到界面處。因此，如何提高有機薄膜太陽能電池的光子吸收從而增加激子的數量，以及如何使激子更有效地擴散到界面被分離成電子和空穴，對提高有機薄膜太陽能電池的效率有重要意義。

同時，本征ZnO材料為n型半導體，具有良好的電學特性，而且制備ZnO原料豐富、成本低、無毒等，近年來，ZnO廣泛被研究和應用于各類光電子器件中。其中，最為廣泛的是利用ZnO優良的電子傳輸性能而將其制成豎直排列納米線陣列制備在光電子器件中，增加與其他材料的接觸面積，提高器件得到電子傳輸性能。但是，到目前為止，很少有將具有島狀微結構的ZnO材料作為功能層用于有機薄膜太陽能電池中。

發明內容

本發明所要解決的問題是：如何提供一種有機薄膜太陽能電池及其制備方法，該太陽能電池克服了現有技術中所存在的缺陷，增加了器件中激子產生的數量以及將界面處的電子和空穴傳輸到電極層的能力，提高了有機薄膜太陽能電池的能量轉換效率。

本發明所提出的技術問題是這樣解決的：提供一種有機薄膜太陽能電池，包括襯底、陽極層、陰極層、設置在陽極層和陰極層之間的有機功能層，有機功能層至少包括電子給體層和電子受體層，所述有機功能層還包括陽極緩沖層，其特征在于，所述電子受體層為具有島狀微結構的ZnO層，所述電子給體層材料為小分子p型半導體材料或聚合物p型半導體材料。

按照本發明所提供的有機薄膜太陽能電池，其特征在于，所述有機小分子p型半導體材料包括酞菁銅(CuPc)、酞菁鋅(ZnPc)、酞菁鐵(FePc)、酞菁氫(H2Pc)、亞酞菁(SubPc)、酞菁錫(SnPc)、5-乙烯基-2-四聚噻吩(V₄T)、5-乙烯基-五聚噻吩(V₅T)、α，α-二(2，2-二氰基乙烯)-五聚噻吩(DCV5T)、N，N′-二苯基-N，N′-二(3-甲基苯基)-1，1′-聯苯-4，4′-二胺(TPD)、并四苯或并五苯及其衍生物；所述聚合物p型半導體材料包括聚乙烯咔唑(PVK)、聚(3-烷基噻吩)(P3AT)、3-己基取代聚噻吩(P3HT)、聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1，4-苯撐乙烯撐](MEH-PPV)，聚[2-甲氧基，5-(3，7-二甲基-辛氧基)-對苯乙烯撐](MDMO-PPV)。

按照本發明所提供的有機薄膜太陽能電池，其特征在于，所述島狀微結構的ZnO的底徑為50～100nm，高度小于或等于1μm。