[發明專利]金屬網嵌套異質結的有機太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201310650362.0
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN103606627A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 鐘建;秦春偉;杜新煒;趙志宇;鄧鳴;于軍勝
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 成都華典專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐;楊保剛

技術領域

本發明涉及有機太陽能電池領域，具體涉及一種基于肖特基結的金屬網嵌套異質結的有機太陽能電池及其制備方法。

背景技術

煤炭、石油等化石資源的逐漸枯竭，能源危機慢慢隨著時間的流逝，離我們越來越近，從而尋找新的能源變成了件非常急迫的事。太陽能，相比來說是取之不盡，用之不竭的，而且它還具有環保，安全，長久，巨大等諸多優點成為目前所知中的最理想的新興可再生能源。目前，各個國家都在積極的研究開發太陽能的新技術，力求在這方面有所突破，如何更好的突破這方面的技術已成為具有戰略性意義的事情。

中國是世界最大的無機太陽能電池生產國。起初我國太陽能電池主要應用在航空航天、軍事等領域，后面慢慢開始在商業、民用上應用。但與西方國家相比，我國太陽能電池使用的總量和密度均較小。故太陽能電池今后在我國有著巨大的應用前景。另一個方面，隨著時間的推移和我國經濟的快速發展，還由于我國起初階段的粗放型經濟，對能源消耗巨大，進而對能源的需求也進一步增加，傳統的化石能源的逐漸減少，開發新能源迫在眉睫，所以開發太陽能技術對我國的可持續發展有著十分重要的意義。

目前無機太陽能電池占太陽能電池中的絕大部分，技術工藝已經非常成熟了，而且無機太陽能電池具有轉化效率高、硅材料豐富等特點。但是有利又有弊，在制造無機太陽能電池的過程中，要消耗大量的能源，而且也產生不可忽視的污染，這樣制造出來的電池性價比并不高。從長遠來看，無機太陽能電池并不是一種理想型的太陽能電池。相反與之對應的，有機太陽能電池制造工藝簡單，能耗很低，污染少，可以克服無機太陽能電池的上述缺點。而且有機太陽能電池易于大面積連續化生產，可以制作在柔性基底上等特點也是無機太陽能電池所不能做到的。但問題是，有機太陽能電池轉化效率很低，距離真正的商用化還有一段很長的時間。故如何將有機太陽能電池的轉化效率提高成為了研究的熱點。

當光照射到太陽能電池的發電材料時，電子吸收光能從材料的HOMO能級躍遷到材料的LUMO能級。這時，無機材料形成Wannier激子，Wannier激子的束縛能為數個毫eV,依靠晶格振動便可將Wannier激子分離為自由載流子。有機材料形成的是Frenkle激子，Frenkle激子的束縛能為0.3-1.0eV，Frenkle激子只有擴散到p-n結界面，借助于異質結處形成的內建電場來分離出自由的電子和空穴。電子進入n型材料，空穴進入p型材料，最終分別到達陰極和陽極。

在形成晶體時，無機材料間形成的是共價鍵，有機材料形成的是分子間作用力即范德華爾斯力，共價鍵可以牢固的結合，但范德華爾斯力相對很弱，因此，無機材料可以形成較大體積的晶體，而有機材料形成的是局域態的分子集團。結果就是，有機材料不會形成像無機材料那樣連續的能帶。這樣有機材料中載流子以一種跳躍的方式（hopping）傳遞。這就導致了有機材料載流子遷移率比無機材料低很多，也是最終導致有機太陽能電池轉化效率低的原因之一。

另外一個導致有機太陽能電池轉化效率低的原因是：在光照形成激子后，激子在異質結界面處分離效率很低。原因主要是異質結界面的內建電場很弱，不足以使Frenkle激子（束縛能為0.3-1.0eV）分離，所以如果能改善異質結兩邊的電荷分布，增加內建電場，就能提高激子的分離效率，并最終在一定程度上提高有機太陽能電池的轉化效率。

發明內容

針對上述現有技術，本發明目的在于如何提供一種金屬網嵌套異質結的有機太陽能電池及其制備方法，解決異質結界面的內建電場很弱而導致有機太陽能電池轉化效率低的技術問題。該金屬網層與N型受體材料層形成局部肖特基結，在原有的異質結基礎上，從而形成雙內建電場，增加了異質結結構厚度，進而提升了光生激子的分離效率，最終提高有機太陽能電池的轉化效率。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種金屬網嵌套異質結的有機太陽能電池，包括透明襯底、透明陽極電極、空穴傳輸層、給體材料層、受體材料層、電子緩沖層和陰極電極，其特征在于，所述給體材料層與受體材料層之間設置有超薄金屬網狀結構層，所述超薄金屬網狀結構層與給體材料層和受體材料層的接觸，形成階梯式電荷的擴散通道。這樣有利于電子擴散到給體材料層和空穴擴散到受體材料層，最終形成了雙內建電場，提高了光生激子在給體材料和受體材料接觸界面的分離效率。

本發明所提供的金屬網嵌套異質結的有機太陽能電池，其特征在于所述超薄金屬網狀層的厚度為0.3nm-10nm。