[發明專利]異質結構等離激元與體異質結結合的太陽電池

無效

• 申請號: 201310206510.X
• 申請日: 2013-05-29
• 公開（公告）號: CN103296209A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 畢瑜;曲勝春;譚付瑞;王占國
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明涉及有機光電器件技術領域，具體涉及一種異質結構等離激元與體異質結結合的太陽電池結構，該結構采用異質結構等離激元，一種金屬等離激元納米粒子修飾的一維氧化物納米棒復合材料摻雜電池有源層，利用金屬等離激元的近場電場增強效應與體異質結結合，提高了光生激子的電荷分離效率，同時通過一維氧化物納米結構大大提高了電荷的傳輸通道。在不降低有機體異質結太陽電池開路電壓的情況下提高了電池的短路電流，從而提高太陽電池的能量轉換效率。

背景技術

目前，市場上的太陽電池產品以無機材料為主，主要是基于硅基片，III-V族化合物，碲化鎘等半導體材料。這類電池能量轉化率較高，性能穩定，但是制作成本高，工藝復雜，不能制備成柔性電池，材料要求苛刻，而且材料本身有可能造成后續污染，使得這類電池無法大面積推廣。有機體異質結太陽電池的材料能夠直接從溶液中制得且可以低成本生產大面積的半導體薄膜，同時這些材料與柔性的機體有良好的兼容性，因此理論上它們能夠達到太陽能電池低成本和簡易制作工藝的目標。

目前，研究最為廣泛的有機體異質結太陽能電池的電池結構為ITO(銦錫氧化物)/PEDOT:PSS(聚3，4-乙烯基二氧噻吩：磺化聚苯乙烯)/有源層/Ca/Al，有源層最常見的材料體系為有機電子給體P3HT和有機電子受體PCBM。當光照射到電池的有源層后，光子被有機電子給體材料吸收，激發電子從價帶躍遷到導帶，形成電子空穴對(激子)。激子擴散到有機電子給體材料和有機電子受體材料的界面處在兩者功函數差的作用下分裂為自由載流子，其空穴留在有機電子給體材料內沿著有機電子給體材料傳導至陽極，而電子則遷移至有機電子受體材料中，沿著有機電子受體材料傳輸至陰極。

在過去的十幾年里，科研工作者開展了大量的工作，有機體異質結太陽能電池的能量轉換效率有了迅速的提升，目前這種電池的轉換效率已經超過了8％正向10％前進。限制該電池能量轉換效率的主要原因可以歸結為以下五個原因，第一是P型n型材料的能級失配；第二，沒有足夠的光吸收；第三，低的激子擴散長度；第四，電荷的或激子的非輻射復合；第五，電荷的遷移率低。在確定的材料體系中，最為至關重要的因素是電荷或激子的非輻射復合。為解決該問題，本發明提供的基于一種基于異質結構等離激元與體異質結結合的太陽電池結構，將異質結構等離激元，一種金屬納米粒子修飾的一維氧化物納米復合材料摻雜有機體異質結太陽能電池有源層中，利用異質結構等離激元的近場電場增強效應與體異質結結合，提高光生激子的電荷分離效率，同時通過一維氧化物納米結構大大提高了電荷的傳輸通道。在不降低有機體異質結太陽電池開路電壓的情況下提高了電池的短路電流，從而提高太陽電池的能量轉換效率。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種異質結構基于等離激元與體異質結結合的太陽電池結構，利用異質結構等離激元的近場電場增強效應與體異質結結合，提高了光生激子的電荷分離效率，同時通過一維氧化物納米結構大大提高了電荷的傳輸通道。在不降低有機體異質結太陽電池開路電壓的情況下提高了電池的短路電流，從而提高太陽電池的能量轉換效率。

本發明提供一種基于異質結構等離激元與體異質結結合的太陽電池結構，該結構由下至上依次包括：

一透明襯底；

一陽極，其沉積在該襯底上；

一下緩沖層，其沉積在陽極上；

一摻雜有源層，其沉積在下緩沖層上；

一上緩沖層，其沉積在該摻雜有源層上；以及

一陰極，其沉積在該上緩沖層上。

從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果：

本發明提供的基于一種基于異質結構等離激元與體異質結結合的太陽電池結構，通過摻雜異質結構等離激元，一種金屬等離激元納米粒子修飾的一維二氧化鈦納米棒復合材料在電池有源層中，在有源層中形成等離激元的體分布，發揮其近場增強光吸收作用，以及近場電場增強效應，大大提高了光生激子的電荷分離效率，同時通過一維氧化物納米結構大大提高了電荷的傳輸通道。在不降低有機體異質結太陽電池開路電壓的情況下提高了電池的短路電流，從而提高太陽電池的能量轉換效率。

附圖說明

為進一步說明發明的技術內容，以下結合實施例及附圖詳細說明如后，其中：

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是圖1中摻雜有源層4摻雜的異質結構等離激元復合材料的示意圖；

圖3是光源為100mW/cm²的AM1.5的模擬太陽光下本發明器件及標準器件1，2的I-V曲線。