[發明專利]金屬透明電極及制備方法和構成的有機太陽電池

在審

• 申請號: 201811219314.5
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109545979A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 臧月;辛青;林君;趙巨峰
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01L51/44
• 分類號: H01L51/44;H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發明公開了金屬透明電極及制備方法和構成的有機太陽電池。金屬透明電極由超薄Al膜、超薄Ag膜和Ag網格構成；并在金屬透明電極上依次排布陰極緩沖層、活性層、陽極緩沖層和背電極構成有機太陽電池。本發明金屬透明電極解決了超薄Ag膜與襯底之間附著性差的問題，改善了超薄Ag膜的表面形貌，提高了其光學和電學性能。同時Ag網格結果可以進一步提高金屬透明電極的導電性。所得金屬透明電極可以取代傳統的氧化銦錫(ITO)電極，制備高性能的有機太陽電池器件。

技術領域

本發明涉及太陽能電池領域，具體涉及一種金屬透明電極及制備方法和構成的有機太陽電池。

技術背景

目前有機太陽電池使用最廣泛的透明電極材料為氧化銦錫(ITO)。ITO具有良好的光學和電學性能，然而由于原材料銦的價格不斷上漲，ITO的制備成本升高。此外，ITO的柔韌性較差，彎曲之后導電性能大幅下降。這些缺點限制了ITO在大面積柔性太陽電池器件的應用。為了尋找代替ITO的電極材料，科學家們開發了導電聚合物、碳納米管、石墨烯薄膜、金屬納米線、超薄金屬薄膜等材料作為透明電極。金屬薄膜由于具有導電性高、穩定性高、延展性好等特點，使其成為最具前途的取代ITO的材料。

與其他金屬相比，Ag具有導電性好(電導率高達1.62μΩcm)、穩定性高、延展性好(僅次于Au)等優點，是制備金屬透明電極的首選材料。同時，Ag-Ag電極間形成的光學諧振微腔效應，有利于增強對入射光的捕獲，獲得較高的光電流。然而，Ag薄膜的導電性和透過率與薄膜的厚度密切相關，其透過率會隨著薄膜厚度指數降低。為了獲得滿足器件要求的光透過率，Ag薄膜的厚度一般很薄。然而由于金屬原子在成膜的初始階段傾向于島狀生長模式，導致厚度太薄時無法形成連續、光滑的Ag薄膜，薄膜方阻較大。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種金屬透明電極及制備方法和構成的有機太陽電池。

本發明的技術方案是：

一、一種金屬透明電極：

所述金屬透明電極由超薄Al膜、超薄Ag膜和Ag網格構成。

所述超薄Al膜的厚度為1-5nm。

所述超薄Ag膜的厚度為5-20nm。

所述Ag網格的厚度為5-30nm，所述的Ag網格的內切圓直徑為50-200μm，線寬為5-20μm。

二、一種有機太陽電池：

包括襯底、金屬透明電極、陰極緩沖層、光活性層、陽極緩沖層、背電極，所述金屬透明電極由超薄Al膜、超薄Ag膜和Ag網格構成。

所述超薄Al膜的厚度為1-5nm。

所述超薄Ag膜的厚度為5-20nm。

所述Ag網格的厚度為5-30nm，Ag網格的大小(直徑)為50-200μm，線寬為5-20μm。

所述襯底材料為玻璃或聚酯薄膜；所述陰極緩沖層材料為ZnO；所述光活性層為PTB7-Th和PC₇₁BM的混合膜；所述陽極緩沖層材料為MoO₃；所述背電極材料為Ag。

有益效果

本發明設計的金屬透明電極，一方面可以通過超薄Al膜增強超薄Ag膜與襯底之間的附著性，改善超薄Ag膜的形貌，提高其透過率和導電性。另一方面，通過在超薄Ag膜制備Ag網格結構，形成超薄Ag膜/Ag網格復合電極，可以進一步提高金屬透明電極的導電性。因此，相比于傳統的ITO電極，該金屬透明電極不僅具有較好的導電性和柔韌性，同時可以利用Ag薄膜產生的光學微腔效應，調節器件內的光場分布，提高光的利用率，獲得高性能的有機太陽電池器件。

附圖說明