[發明專利]一種并聯疊層有機太陽能電池的制備方法

有效

• 申請號: 201410276254.6
• 申請日: 2014-06-19
• 公開（公告）號: CN104051627B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 王之哲;張春福;陳大正;呂玲;汪瑛;郝躍;唐詩;羅莉
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心61205
• 代理人: 王品華

技術領域：

本發明屬于微電子技術領域，具體涉及的是一種并聯疊層有機太陽能電池的制備方法。

背景技術：

隨著能源需求的急劇增加和對環境保護的不斷重視，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展和普及。而有機材料具有成本低、光吸收系數高、質地輕、柔韌性好、制造工藝簡單等優點，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。

但是有機材料的吸收光譜和太陽光譜不匹配引起的吸收損失和熱損失等效率損失機制的存在大大限制了有機太陽能電池性能的提高，疊層結構也因此備受人們的關注。疊層結構在提高器件總體性能方面有著明顯的優勢。首先吸收損失可以通過疊層結構大大降低。在疊層結構中，不同禁帶寬度的有機材料前后疊加在一起，這些材料吸收譜之間形成互補，可最大限度地增加材料對光的吸收譜寬度，減小材料吸收譜與太陽光譜的失配程度。另外，熱損失也可以通過疊層結構大大降低。在疊層結構中，可以利用禁帶寬度較窄的材料吸收能量較低的光子從而得到能量較低的激子，利用禁帶寬度較寬的材料吸收能量較高的光子從而得到能量較高的激子，所以材料吸收光子后形成的熱載流子的能量會降低，從而大大降低熱載流子到激子弛豫過程中的熱損失。

但是傳統的疊層太陽能電池結構也有著明顯的缺點。在傳統的疊層結構中，各個子節電池之間必須通過中間層相連而組成一個整體。這種結構設計存在明顯的缺陷。首先，入射光從一個子節電池進入另外一個子節電池前必須經過中間連接層，因此中間連接層對光的吸收不可避免，這會降低器件的性能。為了增加光的有效吸收需要中間連接層盡量透明，這對其光學性質提出了十分苛刻的要求。另外，中間連接層還要保證兩個子節電池在電學上有效相連，因此需要中間層電阻盡量低，這也對其電學性能提出了要求。而提高中間連接層的光學性能和電學性能在實際中往往是相矛盾的。此外，傳統疊層結構中各個子節電池間簡單疊加的方式會使器件所含材料層數急劇增加。器件總的層數不僅包括各個子節電池本身固有的層數還包括中間連接層的層數，而在實際應用中，中間連接層通常至少包括兩層。這么多的材料層數使器件結構變得復雜，制作工藝難度也大大增加。這些缺點最終都會增加器件制作的工藝難度和成本，進而使有機太陽能電池的成本優勢被削弱甚至喪失。

為了克服傳統疊層電池所面臨的這些問題，我們提出了一種簡單的有機疊層太陽能電池結構(已申請專利)。我們利用了有機太陽能電池的光電轉換過程依賴于給體材料和受體材料界面這一特點，使兩種給體材料共用同一種受體材料，從而巧妙地去掉了傳統疊層結構中的中間連接層，使CuPc(酞菁銅)材料與PCBM(富勒烯的一種衍生物)材料形成雙層異質結電池，CuPc吸光所產生的激子可以有效地在CuPc/PCBM界面分離進而被電極收集；同時PCBM與P3HT(一種3-己基噻吩的聚合物)材料形成體異質結電池，P3HT吸光產生的激子在分散于混合層的PCBM∶P3HT界面分離，進而被電極收集。我們把這種結構稱為簡單并聯疊層有機太陽能電池結構。

然而這種結構并非完美，也有著其自身的缺陷。簡單并聯疊層有機太陽能電池往往包含一個體異質結子節電池和一個雙層異質結子節電池。其中，體異質結子節器件是一個有效的太陽能電池器件。在體異質結電池中，給體材料和受體材料形成互相貫穿的交叉網絡，同時保證了有效的激子分離和有效的電荷傳輸，現在高效的有機太陽能器件大都是基于體異質結結構的。但是，這種疊層電池中的另外一個雙層異質結子節器件不是一個有效的太陽能電池器件，它的存在大大地限制了疊層器件的總體性能。

發明內容：

本發明的目的在于克服上述傳統疊層結構的不足，并對簡單并聯疊層有機太陽能電池結構加以改進，將所包含的雙層異質結子節電池用體異質結結構代替提供一種并聯疊層有機太陽能電池的制備方法。

為了解決背景技術所存在的問題，本發明采用以下技術方案：

一種并聯疊層有機太陽能電池的制備方法，步驟包括如下：

(1)將表面帶有銦錫氧化物ITO的玻璃用棉簽棒沾鋅粉和鹽酸刻蝕掉部分ITO，使局部露出不導電的玻璃表面，接著對ITO玻璃進行清洗；

(2)在刻蝕后的ITO玻璃表面通過甩膠旋涂3，4-乙撐二氧噻吩單體的聚合物PEDOT和聚苯乙烯磺酸鹽PSS的混合溶液的方式得到厚度為50-70nm的PEDOT∶PSS空穴傳輸層；