[實用新型]一種單層有機太陽能電池

有效

• 申請號: 201720475892.X
• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN207068926U
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 黃翔;楊華杰;張海東;顧夢龍;陳鍵科;朱波;施睿華
• 申請（專利權）人: 上海譽德動力技術集團股份有限公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44
• 代理公司: 上海申浩律師事務所31280
• 代理人: 樂衛國

技術領域

本實用新型屬于光電轉換器件技術領域，具體的說是涉及一種單層有機太陽能電池。

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 200mV 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。 顯而易見的是，雙層異質結構的引入大大增加了有機太陽能電池器件的復雜程度，而且由于異質結結構的質量對整個電池的輸出是至關重要的，所以對異質結生長的控制要求相對較為苛刻。 因此，如果能夠在原有單層“三明治”結構有機太陽能電池的基礎上加以改進，也能夠得到異質結光伏電池的性能要求的話，則必將進一步簡化有機太陽能電池的生產程序，并且能夠降低其工藝成本。

中國發明專利“CN102290529A 單層有機太陽能電池及其制備方法”公布了一種單層有機太陽能電池及其制備方法，通過在單層有機太陽能電池中設置了金屬納米顆粒層，從而進一步增強了單層有機太陽能電池器件的內建電場，從而提高了對的激子拆分效率，使得最終提升單層有機太陽能電池的能量轉換效率。但是由于金屬納米顆粒層的功函數有限，例如金的功函數為5.1 eV只比常用的ITO電極4.8 eV的功函數高了0.3 eV，引入金屬納米顆粒對于提高器件的內建電場，作用有限，其電池的能量轉換效率僅為0.2%。無機金屬氧化物薄膜的功函數可達6 eV以上，如文獻“Electric-Field-Assisted Charge Generation and Separation Process in Transition Metal Oxide-Based Interconnectors for Tandem Organic Light-Emitting Diodes，Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 600–608”報道的MoO₃層的功函數可以達到6.7 eV。本實用新型就是要利用無機金屬氧化物的高功函數，獲得較高效率的單層有機太陽能電池。

實用新型內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種單層有機太陽能電池，該太陽能電池中設置了電場增強層，從而進一步增強了單層有機太陽能電池器件的內建電場，從而提高了對的激子拆分效率，提升單層有機太陽能電池的能量轉換效率。

為了實現上述發明目的，本發明的技術方案如下 ：

一種單層有機太陽能電池，其特征在于：包括透明絕緣襯底、和在透明絕緣襯底上依次層疊形成的透明陽極電極層、電場增強層、光敏層和陰極電極層，所述電場增強層為無機金屬氧化物薄膜，所述的無機金屬氧化物的功函數值高于透明陽極電極層的功函數值。

進一步的，所述電場增強層中的無機氧化物材質為三氧化鉬、三氧化鎢或五氧化二釩中的一種 ；所述電場增強層的厚度為 2～25 nm。

進一步的，所述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，所述光敏層的材質為酞菁染料或富勒烯；所述光敏層的厚度為 20～50 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。

由于本發明單層有機太陽能電池器件中設置了電場增強層，電場增強層的功函數值顯著高于透明陽極電極層功函數值，對透明陽極電極層進行修飾，提高透明陽極電極層的功函數，增大了透明陽極電極層和陰極電極層之間功函數差，進一步增強了單層有機太陽能電池器件的內建電場，從而大幅提高了對激子拆分的效率，最終提升單層有機太陽能電池的能量轉換效率。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例的單層有機太陽能電池結構示意圖。

具體實施方式