[發(fā)明專利]一種基于MoO3／Ag陽極的有機太陽能電池及其制備方法

有效

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• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103715356B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發(fā)明（設計）人: 張春福;王之哲;陳大正;陸小力;郝躍;魏煒;高汭;孫麗
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/44;H01L51/48
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明屬于微電子技術領域，涉及有機太陽能電池的制備方法，特別是一種基于MoO₃／Ag陽極的有機太陽能電池及其制備方法。

技術背景

隨著能源需求的急劇增加和對環(huán)境保護的不斷重視，人們對于清潔能源的需求越來越大。太陽能取之不盡、用之不竭、廉價無污染，是人類能夠自由加以利用的能源，而太陽能電池是利用太陽能的有效手段。但占主導地位的硅基太陽能電池高昂的成本大大阻礙了它的發(fā)展和普及。而有機材料具有成本低、光吸收系數(shù)高、質(zhì)地輕、柔韌性好、制造工藝簡單等優(yōu)點，使其在太陽能電池中的應用引起了人們的廣泛關注。有機太陽能電池已成為最有希望的下一代太陽能電池技術之一，也是世界太陽能研究領域的熱點。

有機太陽能電池的主要參數(shù)例如填充因子和短路電流密度很大程度上取決于透明電極的串聯(lián)電阻和光透射率。目前在有機太陽能電池里應用最廣泛、技術最成熟的透明電極材料是銦錫氧化物(ITO)，之前取得的不少研究成果都是基于ITO透明電極的。但是地球上銦的含量比較低；而且要在襯底上形成ITO電極常用制備工藝(如濺射、熱蒸發(fā)、脈沖激光淀積等)對設備有一定的要求，成本也比較昂貴；因而ITO透明電極的成本難以降低，不利于有機太陽能電池的大規(guī)模生產(chǎn)。有機太陽能電池未來的商業(yè)化趨勢主要是大面積和柔性化(即可折疊)。而ITO透明電極的易碎性以及在酸性、壓力條件下的不穩(wěn)定性也讓它無法適應有機太陽能電池的商業(yè)化趨勢。所以人們開始積極尋找ITO的替代材料，并做了很多嘗試。不含銦的透明導電氧化物(如稼摻雜氧化鋅(GZO)和鋁摻雜氧化鋅(AZO))、銀納米線、石墨烯和碳納米管都成功被用做有機太陽能電池的透明陽極來替代ITO。

可是這些方法也有著它們自身的缺陷。盡管GZO和AZO的成本要低于ITO，但是這兩種電極在淀積到襯底上時依然需要高溫濺射工藝，無法應用到柔性襯底上。而銀納米線、石墨烯和碳納米管的制備工藝通常很復雜，不適合大規(guī)模器件方面的應用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服ITO電極無法應用到柔性襯底的缺點，提供一種基于MoO₃／Ag陽極的有機太陽能電池的制備方法，在大大降低電池成本的同時還能有效適用于卷對卷大規(guī)模生產(chǎn)工藝。

實現(xiàn)本發(fā)明目的技術關鍵如下：

一種基于MoO₃／Ag陽極的有機太陽能電池，自下而上依次包括厚度為1mm的玻璃襯底，厚度為2-10nm的MoO₃中間層和厚度為7-13nm的Ag層，厚度為10nm的MoO₃空穴傳輸層，厚度為80-100nm的P3HT∶PCBM有效層，厚度為100nm的Al陰極層；Ag本身的柔韌性和高電導率保證了該MoO₃／Ag陽極能替代ITO適用于基于柔性襯底的有機太陽能電池的制備；MoO₃中間層的引入則可以有效降低所需Ag層厚度，進一步減少成本。

一種基于MoO₃／Ag陽極的有機太陽能電池的制備方法，包括如下步驟：

(1)對玻璃襯底進行清洗；

(2)把樣品放入集成的多源多室鍍膜系統(tǒng)的金屬室內(nèi)，用熱蒸發(fā)的方式在所述玻璃襯底上蒸鍍厚度為2-10nm的MoO₃中間層，金屬室的真空度為5×10^-4Pa；

(3)用熱蒸發(fā)的方式在所述MoO₃中間層上蒸鍍厚度為7-13nm的Ag層，金屬室的真空度為5×10^-4Pa；

(4)用熱蒸發(fā)的方式在所述Ag層上蒸鍍厚度為10nm的MoO₃空穴傳輸層，金屬室的真空度為5×10^-4Pa；

(5)把3-己基噻吩的聚合物(P3HT)和富勒烯的衍生物(PCBM)分別溶于1，2-氯苯中形成濃度為18mg／ml的溶液，再按體積比1∶0.8配置成混合液；

(6)把樣品移至手套箱里的甩膠臺上，通過甩膠旋涂上述P3HT∶PCBM混合液的方式在所述MoO₃空穴傳輸層上得到厚度為80-100nm的P3HT∶PCBM有效層，甩膠臺的轉速為1200rpms，時間為60s；

(7)把樣品從手套箱移回集成的多源多室鍍膜系統(tǒng)的金屬室內(nèi)，用電子束蒸發(fā)的方式在所述P3HT∶PCBM有效層上蒸鍍厚度為100nm的Al陰極層，金屬室的真空度為5×10^-4Pa；