[發明專利]有機光伏電池

在審

• 申請號: 201310545652.9
• 申請日: 2013-11-06
• 公開（公告）號: CN103811660A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 張翠
• 申請（專利權）人: 溧陽市江大技術轉移中心有限公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;C07F7/08
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 黃明哲

技術領域

本發明涉及光電器件領域，尤其涉及一種光伏電池。

背景技術

隨著全球能源需求的逐年增加，石油、煤炭等一次性能源的日漸枯竭，人們對風能、太陽能等可再生資源投入了更多的關注和研究，其中基于光伏效應的光伏電池是其中的熱點之一。

目前，市場上成熟的太陽電池主要為基于單晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化鎵、磷化銦以及多晶膜化合物半導體等無機光伏電池，其中，多晶硅和非晶硅光伏電池在民用光伏電池市場上占主導地位。經過五十余年的發展，無機單晶硅太陽電池的光電轉換效率已經由發明之初的6％，提高到目前的最高效率可達30％以上，但是由于無機半導體太陽電池對材料純度的要求非常高，且價格昂貴，因此其應用受到很大限制。

1986年，美國柯達公司首次在同一器件中引入給體和受體材料，形成異質結電池轉換效率達到1％，標志著有機半導體制備的光伏器件取得突破。1992年Sariciftci等在對MEH-PPV/C₆₀復合體系的研究中發現二者在基態沒有相互作用，但是C₆₀對MEH-PPV的熒光卻有很強的猝滅作用，并提出體系中存在光誘導電子轉移過。人們對不同的復合體系進行深入研究，證明了光誘導電子轉移的存在。這一過程在幾個皮秒內完成，可以有效地阻止光激發產生的電子和空穴再發生復合。光誘導電荷快速能量轉移現象的發現是聚合物太陽電池理論方面的重大突破，為聚合物太陽電池效率的提高提供了理論支持。

1995年俞鋼等人通過將電子給體材料與受體材料共混，制得共軛聚合物MEH-PPV和碳60互穿網絡結構的太陽電池，其能量轉換效率達到2.9％。在這種體系中，電子給體材料與受體材料形成雙連續的互穿網絡狀結構，這種結構大大增大了二者界面面積，使異質結更加分散，這種將異質結結構分散到整個活性層的結構，實際上將整個活性層變為一個大的本體異質結，從而在活性層中的任何位置均可產生電荷。只要各相材料形成從二者界面到各自電極的連續通道，那么，由光子到電子的轉換效率可以得到很大的提高。這就是人們常說的光伏電池。

體異質結概念產生克服了單層、雙層/多層器件的結構缺陷。由于電子給體與電子受體各自形成網絡狀連續相，光誘導所產生的電子與空穴分別在各自的相中輸運并在相應的電極上被收集，光生載流子在到達相應的電極前被重新復合的幾率大大降低，從而提高了光電流。這樣，體異質結結構就能大幅度的提高光電能量轉換效率。如今，體異質結概念已廣泛用于基于聚合物的太陽電池，能量轉換效率已能達到5％以上，其具有誘人的發展方向。因此，人們進行了大量的實驗來尋找能量轉換效率更高的活性層材料，期望得到器件性能更高的有機光伏電池。

發明內容

本發明公開了一種有機光伏電池，其具有較高的能量轉換效率，從而具有良好的器件性能。

本發明的包括電子傳輸層的光伏電池包括依次層疊的襯底、陽極、活性層和陰極，其中，

活性層包括層疊而成的電子給體材料和電子受體材料，其中電子給體材料為通式（VI）表示的有機化合物，電子受體材料為碳60及其衍生物或者碳70及其衍生物，

其中，-A-B-表示亞苯基；

P和Q獨立地表示：化學鍵、或者沒有取代基或有一個或多個取代基的(C₆-C₃₀)亞芳基，所述取代基選自沒有鹵素取代基或有鹵素取代基的直鏈或支鏈的和飽和或不飽和的(C₁-C₃₀)烷基、(C₆-C₃₀)芳基和鹵素；

R₁表示氫,(C₆-C₃₀)芳基；

R₂、R₃和R₄獨立地表示直鏈或支鏈的和飽和或不飽和的(C₁-C₃₀)烷基、或(C₆-C₃₀)芳基；

R₁₁至R₁₈獨立地表示氫、直鏈或支鏈的和飽和或不飽和的(C₁-C₃₀)烷基、或(C₆-C₃₀)芳基；