[發明專利]非摻雜高效率有機光伏電池

有效

• 申請號: 201710301803.4
• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN107123737B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 晉佳佳
• 申請（專利權）人: 楊茗晰
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于光電轉換器件技術領域，具體的說是涉及一種非摻雜高效率有機光伏電池。

背景技術

有機太陽能電池的研究始于 1958 年， Kearns 和 Calvin 將鎂酞菁染料 (MgPc) 夾在兩個不同功函數的電極之間，制成“三明治”結構，從而得到了200 mV 的開路電壓，但是其短路電流輸出則非常低，所以其能量轉換效率也相對較低。這種單層有機太陽能電池結構，在 1986 年被 C.W.Tang 采用雙層異質結結構所替代，得到了 1％的能量轉換效率。能量轉換效率得到大幅提升的原因即是認為雙層異質結結構提供一個高效的激子拆分的界面，也即是說雙層異質結構使得中性的電子-空穴對拆分成自由載流子變得更加的容易。但是由于雙層介質結構電池中只存在一個異質結界面，而常見的有機材料的激子擴散長度均較短，遠小于其光學吸收長度，那些遠離異質結界面的光生激子無法解離形成光電流，這大大限制了有機光伏電池的能量轉換效率。為此，人們開發出基于兩種材料摻雜的給受體異質結器件結構。體異質結結構大大增加了異質結的界面，可以有效促進激子的解離，但是電池的結構也更加的復雜。同時，電池的性能受兩種給受體材料的混合比例影響較大，需要精確控制給體或者受體的摻雜比例，增加了器件制備的難度，不利于大規模的工業化生產。本發明就是要克服背景技術中雙層異質結結構有機光伏電池中激子解離界面少，電池效率低和混合體異質結結構電池器件制備工藝復雜的問題，提出一種新型的非摻雜高效率有機光伏電池。

發明內容

為了克服背景技術中現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種非摻雜高效率有機光伏電池，該光伏電池中設置了劈裂層，增加了激子解離界面，同時避免了復雜的摻雜工藝。

為了實現上述發明目的，本發明的技術方案如下：

一種非摻雜高效率有機光伏電池，其特征在于所述的非摻雜高效率有機光伏電池，包括透明絕緣襯底、在透明絕緣襯底上依次層疊形成的透明陽極電極層、陽極修飾層、基質層、陰極修飾層、陰極電極層，以及設置在基質層中的第一劈裂層、第二劈裂層、、、第N劈裂層(N為大于等于1的整數)所組成；所述的劈裂層每層的厚度為2～5 nm；所述的第一劈裂層距離陽極修飾層的距離大于5 nm；所述的第N修飾層距離陰極修飾層的距離大于5 nm；相鄰劈裂層的距離大于5 nm。

進一步的，所述的透明絕緣襯底的材質為石英玻璃、硅酸鹽玻璃、高硅氧玻璃、鈉鈣玻璃、聚氯乙烯、聚碳酸酯或聚酯；所述透明絕緣襯底的厚度為 1.1～1.5 mm。

進一步的，所述的透明陽極電極層是材質為氧化銦錫、氧化鋅鋁、氧化鋅鎵、氧化銦鋅、金、鋁、銀或碳納米管的導電薄膜；所述透明陽極電極層的厚度為 80～120 nm。

進一步的，所述的陽極修飾層為高功函數透明金屬氧化物，包括MoO3、WoO3、V2O5，厚度2-10 nm。

進一步的，所述的基質層為富勒烯，包括C60和C70，厚度40～100 nm。

進一步的，所述的劈裂層為TPD、TAPC、CBP、NPB、2-TNATA中的一種或幾種。

進一步的，所述的陰極修飾層為BCP、Bphen或LiF，厚度1-10 nm。

進一步的，所述陰極電極層的材質為 Ag、Al、Ca-Al 合金、Mg-Ag 合金、ITO；所述陰極電極層的厚度為 80～120 nm。

本發明中所述的劈裂層厚度極薄，在2～-5 nm，激子解離后，劈裂層與陽極之間的電子以及劈裂層與陰極之間的空穴，既可以通過能級輸運，也可以通過遂川的方式越過劈裂層，并最終被各自的電極所收集。本發明通過在受體基質層中設置劈裂層，增加激子解離界面。每增加一個劈裂層，就會增加兩個激子解離界面。與傳統的雙層異質結電池比較，激子的解離界面大大增多，提高了電池的能量轉換效率。與體異質結電池比較，避免了復雜的摻雜工藝，電池結構更加簡單，適宜于有機光伏電池的工業化生產。

附圖說明

圖 1 是本發明實施例的非摻雜高效率有機光伏電池結構示意圖。

具體實施方式

為了使本發明要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

請參閱圖 1，顯示發明實施例的一種非摻雜高效率有機光伏電池結構示意圖。