[發明專利]一種利用核殼納米顆粒提高轉化效率的有機太陽電池

無效

• 申請號: 201110286555.3
• 申請日: 2011-09-23
• 公開（公告）號: CN102299261A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 劉仿;黃翊東;曲迪;許騏;謝婉露;青山與一;遷村訖裕;奧良彰
• 申請（專利權）人: 清華大學;日本羅姆公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/48;B82Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種太陽能電池，特別涉及一種新型有機太陽電池。

背景技術

隨著化石燃料的逐漸耗盡，以及伴隨化石燃料的使用所帶來的溫室效應逐漸嚴重，具環保價值的新能源的開發成為迫不容緩的事。太陽能為一源源不絕與干凈的能源。各國科學家致力于開發各種不同材料的太陽能電池以用于生活中的各種電器或電子產品?；旌袭愘|結有機太陽能電池由于所使用的光電轉換層的材料多為高分子材料，可使用一些較簡單的形成方法例如涂布法或噴墨法來制作光電轉換層，同時在任何位置產生的激子，都可以通過很短的路徑到達給體與受體的界面(即結面)，從而電荷分離的效率得到了提高，因此開始獲得學術界與產業界的重視。

有機太陽能電池雖具有上述的優點，但其效率的低下成為其發展的主要瓶頸。為了進一步加強有機太陽能電池的轉換效率，需要找到一種有效促進光吸收的方法。采用核殼納米顆粒正是利用了表面等離子體效應來增強光吸收效率和光電轉化效率。

表面等離子體(Surface?Plasmons，SPs)是指在金屬表面存在的自由振動的電子與光子相互作用產生的沿著金屬表面傳播的電子疏密波。在兩種半無限大、各向同性介質構成的界面，介質的介電常數是正的實數，金屬的介電常數是實部為負的復數。根據maxwell方程，結合邊界條件和材料的特性，可以計算得出表面等離子體的場分布和色散特性。表面等離子體是目前納米光電子學科的一個重要的研究方向，它受到了包括物理學家，化學家材料學家，生物學家等多個領域人士的極大的關注。隨著納米技術的發展，表面等離子體被廣泛研究用于光子學，數據存儲，顯微鏡，太陽能電池和生物傳感等方面。

近年來，關于利用金屬納米顆粒的表面等離子體效應提高太陽能電池效率的研究已被連續報道，例如利用銀顆粒的表面等離子體效應增強有機薄膜太陽能電池光吸收效率，在有機太陽能電池活性層中加入了一層銀納米顆粒，其直徑為30nm左右，太陽光激勵后會在銀顆粒表面產生局域表面等離子體效應，在活性層中產生耦合波，以實現光能的吸收。然而該結構具有一定的缺陷，其采用純金屬納米顆粒其表面等離子體效應激發較難，且震蕩峰固定，只能對特定波段的光具有強吸收效果。針對這些問題，我們在本專利中提出了在有機太陽能電池的不同位置放置多層核殼納米顆粒，利用此種結構體系提高有機太陽能電池的光吸收效率和光電轉換效率。

發明內容

為了解決現有的有機太陽電池因光吸收效率不高而導致其光電轉化效率較低的問題，本發明提供了一種利用納米顆粒表面等離子體效應的有機太陽電池，利用核殼結構納米顆粒的局域表面等離子體諧振增強特性，通過調控其諧振峰來提高有機太陽電池的光電轉化效率。

本發明的技術方案是：一種利用納米顆粒表面等離子體效應的有機太陽電池，由第一電極、活性層、修飾層和第二電極組成，所述有機太陽電池中具有表面等離子體效應的核殼結構納米顆粒至少包含于活性層與修飾層交界處、活性層內部以及活性層與第二電極交界處這三個位置中的一個或多個位置。

所述具有表面等離子體效應的核殼結構納米顆粒包含Au、Ag、Cu、Al中的任意一種或幾種金屬，并同時包含檸檬酸結晶物、SiO₂、TiO₂、ZnO、SnO₂、Nb₂O₅、Al₂O₃中的任意一種或幾種。所述核殼結構為金屬-介質核殼結構，其中金屬是指Au、Ag、Cu、Al中的任意一種，介質是指檸檬酸結晶物、SiO₂、TiO₂、ZnO、SnO₂、Nb₂O₅、Al₂O₃中的任意一種。所述的核殼結構，其核層直徑為5-50nm，殼層厚度為0.5-10nm。

根據權利要求1所述的利用核殼納米顆粒提高轉化效率的有機太陽電池，其活性層與修飾層交界處、活性層內部和活性層與第二電極交界處均包含具有表面等離子體效應的核殼結構納米顆粒，

所述具有表面等離子體效應的核殼結構納米顆粒包含于活性層與修飾層的交界處，是指通過旋涂、甩膠或蒸鍍等方法將核殼結構納米顆粒置于活性層與修飾層之間，且核殼納米顆粒其一部分包含于修飾層內，另一部分包含于活性層內。

所述具有表面等離子體效應的核殼結構納米顆粒包含于活性層內部，是指核殼結構納米顆粒與共軛聚合物、PCBM等活性層材料共混，并將混合物作為活性層材料涂于第二電極上后再以PSS:PEODT等修飾層材料覆蓋之。