[發明專利]一種有機太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201310063285.9
• 申請日: 2013-02-28
• 公開（公告）號: CN103151463A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 方國家;雷紅偉;黃暉輝;柯維俊;程飛
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 汪俊鋒

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技術領域??

本發明涉及一種有機太陽能電池及其制備方法，既屬于薄膜材料與器件領域，也屬于新能源材料領域。?

背景技術

太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置。以光生伏特效應為機理的太陽能電池為主流。該類電池將太陽能轉換為電能，當光照射電池時有一部分光會被半導體吸收，進而轉換成電子的能量，在光伏電池內部電場作用下自由電子定向流動，通過電極可以將電流引出到外電路。

根據所用材料的不同，太陽能電池可分為:無機太陽能電池、有機太陽能電池、光化學太陽能電池，其中無機太陽能電池又包括半導體硅太陽能電池、化合物半導體太陽能電池等，有機太陽能電池主要指采用聚合物作為活性層的太陽能電池，光化學太陽能電池主要采用一些納米二氧化鈦等。硅太陽能電池是目前發展最成熟的，在應用中居主導地位。由于硅成本價格高，大幅度降低其成本很困難，所以科學工作者一直在致力于尋找晶體硅太陽能電池的替代品，近年來多元化合物薄膜、有機、染料敏化等太陽能電池得到了廣泛深入的研究。多元化合物薄膜太陽能電池材料多為一些無機鹽，主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅銦硒薄膜電池等。但由于鎘有劇毒，銦在地球的含量很稀少，因此，此類電池并不是晶體硅太陽能電池最理想的替代產品。

有機太陽能電池，是由有機材料構成核心部分的太陽能電池。以有機聚合物代替無機材料是太陽能電池制造的一個研究方向。由于有機材料具有柔性好，制作簡單，材料來源廣泛，成本低廉等優勢，從而對大規模利用太陽能，提供廉價電能具有重要意義。

目前，國內外研究學者普遍認為的有機聚合物應用于太陽能電池中較為理想的結構是：

透明導電玻璃/空穴傳輸層/聚3-已基噻吩:C60衍生物/(P3HT:PCBM)/鋁（Al）

其中:透明導電玻璃為FTO或者ITO或長有CuS透明導電膜的玻璃。FTO是摻氟的氧化錫，ITO是摻錫的氧化銦，作為電池的陽極。由P3HT（聚3-已基噻吩）組成的網構成電子施主，由PCBM（C60衍生物）組成的網構成了電子受體，P3HT和PCBM組成的混合溶液作為光敏層（有機活性層），Al是陰極。目前，用MoO₃、PEDOT:PSS（聚二氧乙基噻吩:聚對苯乙烯磺酸）作為空穴傳輸層的有機太陽能電池都有過很多報道。但是?PEDOT:PSS對襯底具有腐蝕性，降低了器件的穩定性，MoO₃制備價格相對昂貴，針對這些問題我們提出了基于廉價穩定高效的硫化銅制備有機光伏電池的方案。硫化銅作為二維材料具有很高的載流子遷移率和很好的p型導電特性，既可以做空穴傳輸層，也可以做電極材料。

硫化銅因其較高的比表面積、比較小的納米尺寸、高空穴遷移率以及優秀的光學和光催化特性，近年來在生物傳感器、光學器件、能源存儲等等方面得到了廣泛的應用。（參考文獻:1.Copper?sulfide?nanorods?grown?at?room?temperature?for?photovoltaic?application,?Materials?Letters?90?(2013)?138–141;2.A?hybrid?ink?of?binary?copper?sulfide?nanoparticles?and?indium?precursor?solution?for?a?dense?CuInSe_2?absorber?thin?film?and?its?photovoltaic?performance，J.?Mater.?Chem.,?2012,?22,?17893）。硫化銅研究前景巨大，尤其體現在可以采取硫化銅摻雜的方法制備寬帶隙材料作為更有優勢的空穴傳輸層或者制備窄帶隙材料作為有機太陽能電池的吸光層來減少P3HT的使用量。二維納米硫化銅的制備也涌現出了很多低價方便簡潔的方法。目前其應用主要集中在鋰離子電池的陰極材料、無機太陽能電池的光吸收層、非線性光學材料等，本專利首次證實了二維硫化銅薄膜作為空穴傳輸層的應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種有機太陽能電池及其制備方法。

對比傳統的空穴傳輸層的太陽能電池，本發明以硫化銅為空穴傳輸層的有機太陽能電池，制備成本低廉、性能穩定、易于大面積生產，得到的光伏電池轉化效率較高。其相對與傳統的PEDOT:PSS不存在對襯底的腐蝕問題，同時其效率達到以MoO₃為空穴傳輸層的電池的水平。

本發明提供的技術方案是：