[實用新型]一種高效共混三元有機太陽能電池裝置

有效

• 申請號: 201520913673.6
• 申請日: 2015-11-17
• 公開（公告）號: CN205303517U
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 盧珍
• 申請（專利權）人: 山西大同大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 鄭晉周;楊陳鳳

技術領域

本實用新型屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種高效共混三元有機太陽能電池裝置。

背景技術

隨著全球能源需求的日益增長，人們在尋求新的能源代替傳統的石化能源，太陽能電池受到人們的青睞，尤其是新型的有機太陽能電池，具有清潔，可再生，成本低（半透明，柔性，可溶液制備）的特點。近幾年，有機太陽能電池通過新材料的制備和器件的優化，使其光電效率的效率大幅度提高。通過串聯的方式將寬帶隙的聚合物和窄帶隙的聚合物制備的疊層結構太陽能電池器件效率明顯優于對應聚合物制備的單層器件，2013年在期刊NATURECOMMUNICATIONS報道了聚合物有機太陽能電池已達到了10.6%，創下了最高紀錄，但疊層結構由于制作的工藝和技術太過于復雜極大的限制了其實際應用的價值。

發明內容

本實用新型為了擴寬電池的光譜吸收范圍，提高太陽能電池的效率，提供了一種高效共混三元有機太陽能電池裝置。

本實用新型采用如下技術方案：

一種高效共混三元有機太陽能電池裝置，采用“三明治”平面異質結結構，最下層為ITO玻璃陽極層，最上層為金屬陰極層，中間層為活性層，活性層與金屬陰極層之間蒸鍍有空穴阻擋層，活性層與ITO玻璃陽極層之間旋涂有空穴傳輸層，所述活性層是由給體材料和受體材料混合組成的共混層。

所述的給體材料是由帶隙大于1.9eV的寬帶隙聚合物和帶隙小于1.6eV的窄帶隙聚合物混合而成。

所述的受體材料為PCBM。

所述的空穴傳輸層采用PEDOT:PSS材料。

所述的空穴阻擋層是由蒸鍍LiF材料而成，厚度為1-5nm。

所述的金屬陰極層采用Al或Ag材料。

本實用新型具有如下有益效果：

1、該裝置采用將兩種不同帶隙的聚合物與受體共混的方式，所采用的寬帶隙聚合物的吸收為350-600nm、窄帶隙聚合物的吸收范圍為500-900nm，共混后達到350-900nm的吸收范圍，擴寬了電池的光譜吸收范圍，提高了20%的太陽能電池轉化效率，簡化了工藝，達到疊層器件的效果；

2、該裝置利用單層器件的結構即可取得較高的轉化率，電池結構更緊湊。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖中：1-陰極層、2-活性層、3-陽極層、4-空穴阻擋層、5-空穴傳輸層。

具體實施方式

如圖所示的高效共混三元有機太陽能電池裝置，采用“三明治”平面異質結結構，最下層為ITO玻璃陽極層3，最上層為金屬陰極層1，中間層為活性層2，活性層2與金屬陰極層1之間蒸鍍有空穴阻擋層4，活性層2與ITO玻璃陽極層3之間旋涂有空穴傳輸層5，所述活性層2是由給體材料和受體材料混合組成的共混層。

本實用新型裝置是典型的“三明治”結構。ITO（Tindopedindiumoxide）玻璃用作陽極，活性層夾在高功函的透明玻璃ITO陽極和低功函的金屬陰極（Al或者Ag）之間，活性層由共混的給體材料和受體材料組成，形成雙連續的互穿網絡結構，使得空穴沿給體材料傳遞，電子沿受體材料傳遞，最終被電極收集。在ITO玻璃電極和活性層之間添加材料PEDOT:PSS（聚（3,4-乙撐二氧噻吩）與聚苯乙烯磺酸鈉）層作為空穴傳輸層，改善活性層和陽電極的接觸；在蒸鍍Al電極之前通常先蒸鍍1-5nm的LiF作為空穴阻擋層，改善金屬陰極的性質使活性層和陰極的接觸，達到歐姆接觸，有利于電荷的收集。

活性層的制備：將不同的給體材料由寬帶隙的聚合物1和窄帶隙的聚合物2按不同比例與受體材料PCBM([6,6]-phenyl-C61-butyricacidmethylester)共混制備成溶液，旋涂在空穴傳輸層上，形成互穿網絡結構。

不同帶隙的聚合物共混可以擴大活性層的吸收范圍，更好的與太陽光的吸收匹配，增加太陽能電池的光電流I_sc，同時增加開路電壓Voc和填充因子FF最終提高了轉化效率。

本實用新型裝置將兩種不同帶隙的聚合物與受體共混的方式，擴寬電池的光譜吸收范圍，來提高太陽能電池的效率，簡化了工藝，預期達到疊層器件的效果。