[發明專利]基于漸變混合活性層為銜接層有機薄膜太陽能電池

有效

• 申請號: 201510406999.4
• 申請日: 2015-07-13
• 公開（公告）號: CN104966783B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 鐘建;干逢雨;王麗娟;程紅雪
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司51230
• 代理人: 楊保剛,晏輝

技術領域

本發明屬于有機太陽能電池領域，具體涉及一種基于漸變混合活性層為銜接層有機薄膜太陽能電池及其制備方法。

背景技術

隨著全球能源需求量的逐年增加，對可再生能源的有效利用成為急需解決的問題。目前世界上使用的能源大多數來自于化石能源的開采，其中包括石油，天然氣和煤等。然而，這些資源都是有限的。相比之下，占地球總能量99 % 以上的太陽能具有取之不盡，用之不竭，沒有污染等特點，因而成為世界各國科學家開發和利用的綠色新能源之一。太陽能電池是將太陽能轉化為電能的光伏器件，其中，無機太陽能電池的技術較為成熟，效率遠高于有機太陽能電池。然而，無機半導體材料的加工工藝非常復雜、材料要求苛刻、制造能耗大、不易進行大面積柔性加工、生產設備昂貴、某些材料具有毒性等，這些缺點制約了無機太陽電池的進一步發展。有機太陽能電池以其簡單地工藝，廉價的材料，廣泛的適用性，大規模的成產量、污染少、質量輕，可折疊等特點，逐步的走向主導地位。

目前，有機太陽能電池的最大難題是其轉化效率低。目前的最高的轉化效率已經超過10%，但是價格距離商業應用還有一定差距，所以廉價的提高轉化效率是有機太陽能電池研究的主要的目標。有機太陽能電池轉化效率低的因素有很多，如光伏材料吸收光能少，所產生的激子易于復合，激子傳輸距離的限制，導致激子大量堆積而淬滅。每一種有機材料能夠吸收的光譜寬度有限，許多材料只對狹窄的光譜范圍敏感，解決這個問題的主要方法有兩種：尋找頻譜吸收范圍更廣的材料或者利用能夠吸收不同光譜范圍的多種材料。前者需要產生全新的光伏材料，實現難度較大，而后者則可以利用現存的材料進行匹配。在一般的有機太陽能電池器件上面，激子再復合一直是一個問題，這個問題來自于激子本身傳輸距離，想要解決這個問題一般是通過混合形成體異質結或者多個平面異質結。前者將有機材料進行互相摻雜，這樣利用體異質結的特點，即大量增加兩種材料接觸面，激子可以不用傳輸立即分離，提高了傳輸效率；后者整個器件吸收光后產生的激子就不必須擴散到那唯一的異質結界面進行激子的分離，在其他靠近激子的異質結界面也可以進行激子的分離，大大提高了激子的分離效率。

但是這樣的結構所形成的太陽能電池FF依舊不是特別高，有些激子長度很短依舊傳輸不到，活性層厚度和激子長度之間的博弈依然存在。因此如果提高激子傳輸效率和分離效率是太陽能電池的研究重點和難點。

申請人前期的申請號為201510167606.9的專利申請公開了一種基于雙層混合活性層的有機薄膜太陽能電池及其制備方法，其采用雙層的混合活性層來提高激子的傳輸和分離效率。其混合活性層采用的固定濃度，雖然能在一定程度上提高激子的傳輸和分離效率，但效果還是不夠理想。

發明內容

本發明目的如何提供一種基于漸變混合活性層為銜接層有機薄膜太陽能電池，提高有機太陽能電池激子傳輸效率和分離效率。

本發明的技術方案為：一種基于漸變混合活性層為銜接層有機薄膜太陽能電池，采用正型結構，從下到上依次為透明襯底、透明陽極電極、陽極修飾層、給體材料層、銜接層一、雙極性材料層、銜接層二、受體材料層、電子緩沖層和陰極電極，銜接層一是由P型材料和雙極性材料互相混合形成，銜接層二是由雙極性材料和N型材料互相混合形成；其特征在于，銜接層一中P型材料和雙極性材料的混合比例從4:1逐漸變化成1:4，其厚度為（90-3X）/2 nm；雙極性材料層的厚度為X nm；銜接層二中雙極性材料和N型材料的混合比例從4:1逐漸變化成1:4，其厚度為（90-3X）/2 nm；受體材料的厚度為X nm，其中X的取值為20～30。

進一步地，本發明中，P型材料為：聚（3-己基噻吩）、聚(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-亞苯基乙撐)、聚[[9-(1-辛基壬基)-9H-咔唑-2,7-二基]-2,5-噻吩二基-2,1,3-苯并噻二唑-4,7-二基-2,5-噻吩二基]、聚苯乙烯撐系列材料、聚噻吩系列材料或基于芳環并噻二唑基團的給體材料中的一種或它們的混合，本發明中優選采用TTPA材料。

進一步地，本發明中，N型材料為：富勒烯衍生物、BBL、PTPTB或含芘酰亞胺聚合物中的一種或它們的混合，本發明中優選采用C₆₀材料。

進一步地，本發明中，雙極性材料是酞菁類化合物，本發明中采用亞酞菁。

進一步地，本發明中，銜接層一由TTPA和SubPc混合形成，銜接層二由SubPc和C₆₀混合形成。