[發明專利]一種高填充因子的有機薄膜太陽能電池

有效

• 申請號: 201410158696.0
• 申請日: 2014-04-21
• 公開（公告）號: CN103928614A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 于軍勝;施薇;李曙光;鐘建
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 成都華典專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 楊保剛

技術領域

本發明屬于有機聚合物光伏器件或有機半導體薄膜太陽能電池領域，具體涉及一種高填充因子的有機薄膜太陽能電池。

背景技術

隨著全球能源需求的爆炸式增長，能源問題己經成為各國經濟發展所要面臨的首要難題。由于太陽能具有潔凈、分布廣泛、取之不盡用之不竭等特點，研究光伏發電解決能源問題成為可再生能源領域研究的重點與熱點。目前，根據組成太陽能電池的光活性層的材料性質的不同，可以將活性層材料分為無機半導體材料和有機半導體材料。與無機半導體材料相比，有機半導體材料不僅材料本身的合成條件和器件化工藝條件相對溫和，其分子化學結構容易修飾，用其來制作電池時，可以滿足成本低、耗能少、容易大面積制作的要求。從20世紀90年代起，隨著薄膜技術的迅猛發展，采用新材料新結構新工藝制備的電池的性能得到大幅度的提高。

然而，與無機太陽能電池的大規模生產相比，有機太陽能電池由于其光電轉換效率還相對較低，其實用化還尚需時日。制備合適的陽極緩沖層是提高有機太陽電池光電轉換效率的有效方法。其中，PEDOT:PSS由于其擁有良好的溶解性及空穴傳輸性而在近年來被廣泛應用于有機太陽能電池中。基于PEDOT:PSS陽極緩沖層的有機太陽能電池展現出了良好的光電性能，而進一步優化PEDOT:PSS陽極緩沖層則成為目前此領域研究的重點。

目前，由于PEDOT:PSS中傳輸空穴的主體PEDOT基團在成膜后不能有效地與親水不導電的PSS基團分離，從而制約了陽極緩沖層中載流子空穴的傳輸速率。目前主要的解決方法是在PEDOT:PSS中參入一定量的極性溶劑以改善陽極緩沖層的導電率。但在PEDOT:PSS薄膜干燥退火的過程中，極性溶劑揮發速率與PEDOT:PSS溶液不同步將導致陽極緩沖層成膜不均勻，從而形成載流子傳輸陷阱，極大地限制了器件的效率獲得進一步提升。

?

發明內容

本發明所要解決的問題是：如何提供一種有機薄膜太陽能電池，目的是通過引入極性緩沖層來修飾陽極緩沖層，以實現：(1)促進PEDOT:PSS薄膜的相分離，提高薄膜的電導率；(2)降低器件的串聯電阻；(3)降低載流子復合幾率以提高器件的填充因子。

本發明的技術方案為：?

一種高填充因子的有機薄膜太陽能電池，其特征在于，該太陽能電池采用正型結構，從下到上依次為：襯底，透明導電陽極ITO，陽極緩沖層，光活性層，極性緩沖層，陰極緩沖層，金屬陰極；所述極性緩沖層質量百分比組成為：N,N-二甲基甲酰胺87～93?%，甲醇3～5?%，PEDOT:PSS?2～10%，所述極性緩沖層厚度范圍為1～10?nm。

作為優選，所述陽極緩沖層材料為PEDOT:PSS，厚度范圍為15～50?nm。

作為優選，所述光活性層由電子給體材料P3HT與電子受體材料PCBM的混合溶液制備而成，厚度范圍為50～300?nm；所述混合溶液中P3HT和PCBM的質量百分比為1:20～5:1，所述混合溶液的濃度為1～20?mg/ml。

作為優選，所述陰極緩沖層材料為TPBi、BCP、Bphen、Alq₃、ZnO或TiO₂的一種或多種，厚度范圍為1～20?nm。

作為優選，所述金屬陰極材料為Ag、Al或Cu中的一種或多種，所述金屬陰極厚度范圍為100～300?nm。

作為優選，所述襯底材料為玻璃或透明聚合物，所述透明聚合物材料為聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亞胺、氯醋樹脂或聚丙烯酸的一種或多種。

本發明的優點在于：

一、本發明提供的有機薄膜太陽能電池，能有效地促進PEDOT:PSS陽極緩沖層中PEDOT基團與PSS基團垂直相分離，提高了陽極緩沖層的電導率。

二、本發明提供的有機薄膜太陽能電池，在ITO陽極與光活性層中通過引入極性緩沖層來降低接觸勢壘，有效地降低了器件的串聯電阻。

三、本發明提供的有機薄膜太陽能電池，其陽極緩沖層成膜均勻，有效地減少了載流子傳輸陷阱，降低了載流子復合幾率，最終顯著地提高了器件的填充因子，進而使太陽能電池的光電轉換效率得到提高。

附圖說明

圖1是本發明所涉及的一種高填充因子的有機薄膜太陽能電池的結構示意圖，從下到上依次為：1表示襯底；2表示透明導電陽極ITO；3表示陽極緩沖層；4表示極性溶劑緩沖層；5表示光活性層；6表示陰極緩沖層；7表示金屬陰極。

具體實施方式：