[發(fā)明專利]基于不同ZnO納米顆粒低衰減特性的有機(jī)太陽(yáng)能電池及制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910788245.8
• 申請(qǐng)日: 2019-08-26
• 公開（公告）號(hào): CN110459683A
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于軍勝;張曉華;趙聃;侯思輝;韓于
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L51/42
• 分類號(hào): H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 51230 成都弘毅天承知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 張東明<國(guó)際申請(qǐng)>=<國(guó)際公布>=<進(jìn)入

本發(fā)明屬于有機(jī)半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，公開了一種基于不同ZnO納米顆粒低衰減特性的有機(jī)太陽(yáng)能電池及制備方法，該有機(jī)太陽(yáng)能電池采用反型結(jié)構(gòu)，從下到上依次為襯底，透明導(dǎo)電陰極ITO，陰極緩沖層，光活性層，陽(yáng)極緩沖層，金屬陽(yáng)極；所述陰極緩沖層為不同直徑大小的ZnO納米顆粒分散液。利用不同直徑大小的ZnO納米顆粒制備的有機(jī)太陽(yáng)能電池表現(xiàn)出了不同的光衰減特性，ZnO納米顆粒尺寸越大的器件性能衰減的越低，在x射線，γ射線中效果尤為明顯，為有機(jī)光電子器件進(jìn)入太空奠定了基礎(chǔ)。光衰減的原因在于在器件面積相同的情況下，ZnO納米顆粒尺寸越大，不同顆粒間的空隙范圍越小，減少了陰極緩沖層中的缺陷，提升了陰極緩沖層的電子傳輸能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及有機(jī)半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，具體涉及一種高響應(yīng)度及高穩(wěn)定性的基于不同ZnO納米顆粒低衰減特性的有機(jī)太陽(yáng)能電池及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源消耗、環(huán)境污染等問題日益成為世界各國(guó)關(guān)注的首要問題，傳統(tǒng)化石能源隨著人們的不斷開發(fā)已經(jīng)趨于枯竭的邊緣。太陽(yáng)能作為一種可再生能源正符合這一要求。太陽(yáng)能每秒鐘到達(dá)地面的能量高達(dá)80萬(wàn)千瓦，若把地球表面0.1％的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)為電能，轉(zhuǎn)變率5％，每年發(fā)電量就可達(dá)5.6×10¹²千瓦/小時(shí)。在太陽(yáng)能的有效利用中,太陽(yáng)能光電利用是近些年來(lái)發(fā)展最快,最具活力的研究領(lǐng)域,是其中最受矚目的項(xiàng)目之一。根據(jù)太陽(yáng)能電池光活性層材料的性質(zhì)的不同，可以將光活性層材料分為無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料和有機(jī)半導(dǎo)體材料。無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料由于發(fā)展起步早，研究比較廣泛，基于無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料的無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池在太陽(yáng)能電池應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。但是無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料本身有其不足之處，比如加工工藝非常復(fù)雜、材料要求苛刻、不易進(jìn)行大面積柔性加工、某些材料具有毒性等，這些缺點(diǎn)制約了無(wú)機(jī)太陽(yáng)電池的進(jìn)一步發(fā)展。與無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料相比，基于有機(jī)半導(dǎo)體材料的有機(jī)太陽(yáng)能電池，不僅具有與無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池相同的最高理論光電轉(zhuǎn)換效率,而且還具有質(zhì)量輕、可濕法成膜、能加工成特種形狀、易制成柔性器件、甚至可以實(shí)現(xiàn)全塑料化等顯著優(yōu)勢(shì)，目前己經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一，也是解決能源危機(jī)的希望所在。

然而，與無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)相比，有機(jī)太陽(yáng)能電池由于其目前的光電轉(zhuǎn)換效率還相對(duì)較低，其商用化還尚需時(shí)日。在各種提高有機(jī)太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的措施中，制備合適的陰極緩沖層是一種十分有效方法。當(dāng)前，普遍應(yīng)用的陰極緩沖層材料為可溶性的n型無(wú)機(jī)金屬化合物，如ZnO、TiO_x和Cs₂CO₃，其中以ZnO應(yīng)用最為廣泛。

但是，采用旋涂ZnO納米顆粒分散液作為陰極緩沖層時(shí)，由于不同尺寸ZnO顆粒之間的間隙不同，形成缺陷的程度不同，從而導(dǎo)致載流子的傳輸與分離情況不同，這就導(dǎo)致不同尺寸ZnO納米顆粒制備的器件光衰減程度大相徑庭。因此，研究如何優(yōu)化和選擇無(wú)機(jī)金屬化合物陰極緩沖層，是提高有機(jī)太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的有效途徑，也是目前有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：提供一種基于不同ZnO納米顆粒低衰減特性的有機(jī)太陽(yáng)能電池及制備方法，解決由于小尺寸ZnO顆粒之間的間隙較大，分散性差，容易形成缺陷，從而導(dǎo)致載流子的傳輸與分離受阻且光衰減大，同時(shí)大尺寸ZnO納米顆粒薄膜的界面較為粗糙，使得器件擁有較大的界面接觸電阻與較高的載流子復(fù)合幾率，這都將嚴(yán)重制約器件的性能的問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種基于不同ZnO納米顆粒低衰減特性的有機(jī)太陽(yáng)能電池，所述有機(jī)太陽(yáng)能電池采用反型結(jié)構(gòu)，從下到上依次為：襯底，透明導(dǎo)電陰極ITO，陰極緩沖層，光活性層，陽(yáng)極緩沖層，金屬陽(yáng)極，所述陰極緩沖層為不同直徑大小的ZnO納米顆粒分散液，所述ZnO納米顆粒的直徑范圍是10～120nm，所述陰極緩沖層厚度范圍為30～60nm。