[實用新型]一種有機薄膜太陽能電池

有效

• 申請號: 201220359882.7
• 申請日: 2012-07-24
• 公開（公告）號: CN202678419U
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 侯林濤;夏玉欣;王標
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: H01L51/44
• 分類號: H01L51/44;H01L51/46
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 廖繼海

技術領域

本發明涉及有機太陽能電池制備領域。

背景技術

隨著人類社會現代化發展，人類對于能源的消耗速度迅速上升。而現在社會能源主要來自于煤、石油、天然氣等不可再生能源，一方面由于上述能源的儲量有限，不能長久的供給人類社會；另一方面，由于化石燃料的燃燒，導致生態環境破壞，例如溫室氣體的排放成為全球性問題。?

為了解決能源問題，開發新型可再生清潔能源是一項重要而且緊急的工作。太陽能作為一種重要的可再生能源，對于人類來說是一種取之不盡的清潔能源。在過去幾十年中，無機太陽能電池技術發展迅猛并日趨成熟，已經能夠實現大規模發電。然而，無機太陽能電池昂貴的成本仍然阻礙其更廣泛的應用，為了解決這一難題，有機聚合物太陽能電池技術在近年來得到了廣泛關注，其能量轉換效率逐年提高，發展成為太陽能電池技術的一個重要的分支。?

有機聚合物太陽能電池所使用的有機聚合物成本較無機材料，如硅、鍺，要低很多。而且，聚合物太陽能電池的制備工藝簡單，容易大規模生產，因此生產成本較低。截止2012年，聚合物太陽能電池效率已經達到9%左右，已經接近市場化應用臨界值10%。?

雖然有機太陽能電池的電池效率在逐步提高，但是相比于無機太陽能電池，能量轉換效率還是偏低的。這主要是有機材料遷移率不高，使得活性層厚度只有100nm左右，吸收效率較低。而對無機太陽能電池，如單晶硅太陽能電池，活性層厚度為1~200um，不需要采用特殊光學結構即可以實現100%的光子吸收效率。因此，如何提高有機太陽能電池的效率成為當今新能源領域熱點問題。提高太陽能電池效率的一種重要方法是設計更好的太陽能電池器件結構，使其能夠吸收更多的入射光，從而得到更高的光利用率。

2007年Kristofer?Tvingstedt等發明了一種折疊V型結構的有機聚合物太陽能電池（K.?Tvingstedt,?V.?Andersson,?F.?L.?Zhang,?and?O.?Ingan?s.?Folded?reflective?tandem?polymer?solar?cell?doubles?efficiency?[J].?App.?Phys.?Lett,?91:123514）。這種結構將兩片獨立的平面電池器件，拼接成V型并將其串聯。通過兩個器件之間的相互反射，增加入射光在V型結構中的光程，從而增加器件對于光的吸收率和電池的外量子效率（EQE），進而提高了太陽能電池器件的能量轉換效率。

2008年Yinhua?Zhou等設計一種V型折疊結構的太陽能電池構成的陣列（Y.?H.?Zhou,?F.?L.?Zhang,?K.?Tvingstedt,?W.?J.?Tian,?and?O.?Ingan?.?Multifolded?polymer?solar?cells?on?flexible?substrates[J].?App.?Phys.?Lett,?93:033302）。此種結構是上面介紹的V型結構的延伸，將多個V型器件進行串并聯組成陣列，對于有機太陽能電池大面積面板設計有很好的借鑒意義。但是，V型結構不能完全吸收散射光，存在漏光問題。

2012年Hongyu?Zhen等設計了一種圓錐結構的有機太陽能電池（H.?Y.?Zhen,?K.?L.?Z.Y.?,?Huang,?Z.,?Tang,?R.,??Wu?et?al.?Inverted?indium-tin-oxide-free?cone-shaped?polymer?solar?cells?for?light?trapping[J].?App.Phys.Lett,?100:213901）。這種結構使用柔性襯底制作扇形平面器件，然后卷成立體圓錐形，作用類似光陷阱，可以使入射光在圓錐結構內進行多次反射，而減少反射出去的光。但是，上述錐形結構組成平板板陣列時，填充率較低，這是由于圓錐結構光入射面為圓形，相鄰圓之間的空隙不能充分利用，損失掉部分面積。另外，有機太陽能電池器件常用電極材料ITO或Al金屬不耐彎曲，容易剝脫，應力的存在會影響器件的使用壽命。