[發明專利]一種半透明聚合物太陽電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202011096226.8
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112234145A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 白一鳴;時融康;韓飛
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 藏斌

本發明屬于電池材料領域，尤其涉及一種半透明聚合物太陽電池及其制備方法。本發明提供的半透明聚合物太陽電池包括依次設置的覆蓋有ITO膜的透明基底、電子傳輸層、活性層、空穴傳輸層、金屬電極層和氣致變色層；所述氣致變色層包括Nb₂O₅膜層和分布在所述Nb₂O₅膜層表面的Au納米顆粒。本發明提供的太陽電池采用表面分布有Au納米顆粒的Nb₂O₅膜作為氣致變色層，能夠動態可逆地調整半透明聚合物太陽電池的顏色和可見光平均透過率；該太陽電池可以在有色態和漂白態之間可逆切換，并可以在更寬的波長范圍內增強光子捕獲，具有較高的短路電流密度和光電轉換效率，具有十分廣闊的市場前景。

技術領域

本發明屬于電池材料領域，尤其涉及一種半透明聚合物太陽電池及其制備方法。

背景技術

在過去的十年中，聚合物太陽電池由于其具有可溶液處理、電池質量輕、低成本和可大規模生產的優勢，引起了科學工作者的廣泛關注。其中通過將活性層夾在兩個透明電極之間，制成的半透明聚合物太陽電池(ST-PSCs)，在進行光電能量轉換的同時，具有遮光擋光、降溫節能及保護隱私等功能，被認為是光伏建筑一體化(BIPVs)所需光伏玻璃窗的最佳選擇之一。同時，得益于半透明聚合物太陽電池可制備為柔性器件及其鮮艷可調諧的色彩使得其在航空、鐵路及汽車智能窗的應用方面極具前景。但與傳統的不透明聚合物太陽電池不同的是，ST-PSCs的性能不僅取決于其光電轉換效率(PCE)，而且還與平均可見光透射率(AVT)和顯色指數(CRI)等密切相關。通常來說，半透明聚合物太陽電池的AVT和PCE是相互牽制的，即保證電池器件擁有高光電轉換效率的同時還要保證其良好的平均可見光透射率。

隨著新型高效活性層的合成以及器件工藝的成熟，現今半透明聚合物太陽電池在保證平均可見光透射率達到25％的同時，PCE已經突破了12％。然而器件的顏色和平均可見光透射率取決于活性層材料以及透明電極的顏色和厚度，導致ST-PSCs制備完成后，由于活性層材料對于光子的特定波長范圍吸收使器件的顏色及顯色特性確定，不能實現器件顏色和可見光平均透過率的動態調節。通常，半透明聚合物太陽電池調節顏色的主要方法是對ST-PSC s的活性層材料進行改善，即調節活性層材料的吸收光譜。但是這種調節ST-PSCs顏色的方法并不是動態可逆的，不能使器件的顏色和AVT智能改變。這很大程度上限制了半透明聚合物太陽電池在商業上的廣泛應用。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種半透明聚合物太陽電池及其制備方法，本發明提供的太陽電池采用表面分布有Au納米顆粒的Nb₂O₅膜作為氣致變色層，能夠動態可逆地調整半透明聚合物太陽電池的顏色和可見光平均透過率；該太陽電池可以在有色態和漂白態之間可逆切換，并可以在更寬的波長范圍內增強光子捕獲，具有較高的短路電流密度和光電轉換效率。

本發明提供了一種半透明聚合物太陽電池，包括依次設置的覆蓋有ITO膜的透明基底、電子傳輸層、活性層、空穴傳輸層、金屬電極層和氣致變色層；

所述氣致變色層包括Nb₂O₅膜層和分布在所述Nb₂O₅膜層表面的Au納米顆粒。

優選的，所述Au納米顆粒的粒徑為30～100nm。

優選的，所述Nb₂O₅膜層的厚度為30～150nm。

優選的，所述電子傳輸層的材料為SnO₂；所述電子傳輸層的厚度為10～30nm。

優選的，所述活性層中的給體材料為J71，受體材料為IEICO-4F；或，所述活性層中的給體材料為PM6，受體材料為Y6；或，所述活性層中的給體材料為PTB7-Th，受體材料為IEICO-4F；所述活性層的厚度為80～120nm。