[发明专利]一种有机薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机光电技术领域，具体涉及有机薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能电池是将太阳能辐射的光能转换为电能的器件。太阳能电池可用来对负载，如电灯、计算机等提供电能。传统的太阳能电池需要大量的高质量的无机半导体材料，如硅、砷化镓，使得成本很高。尽管多晶硅和无定型硅的应用比单晶硅成本低很多，但效率不高和成本居高不下仍然使得太阳能电池无法大面积推广。有机太阳能电池包括染料敏化太阳能电池和有机薄膜太阳能电池，与染料敏化太阳能电池相比，有机薄膜太阳能电池具有全固态、易制作、潜在的低成本、柔性等优点，其研究和发展使太阳能电池低成本化成为可能，近年受到越来越多的关注。目前报道的最好的有机薄膜太阳能电池的能量转换效率，已经接近商业化的无定型太阳能电池的效率。

有机薄膜太阳能电池的效率长期以来一直很低的原因，是与它的基本物理过程分不开的。而当一束光照射到有机半导体材料上时，有机半导体中通常不会形成自由载流子，而是先形成电子-空穴对(激子)。要利用有机材料得到光电流就必须使这些由光激发得到的激子被拆开，否则这些激子将通过辐射或非辐射的方式退激发。具有不同能级结构的两种有机材料的界面被认为是拆分激子的地方，因此由光激发产生的激子必须首先扩散到界面才能最大程度地拆分激子。

最为典型的的有机薄膜太阳能电池是由具有不同能级结构的两种有机半导体材料薄膜形成的双层结构。由于存在两种有机材料的界面小的问题，提高有机半导体材料产生的激子是提高有机薄膜太阳能电池效率的有效方案，因此有机半导体材料需要吸收更多的太阳光。在有机薄膜太阳能电池的入射光处加入增反层或增加有机半导体材料层的厚度可以增加有机半导体材料吸收射入太阳能电池内部的太阳光，但加入增反层减少了射入太阳能电池的光能，增加有机半导体材料层的厚度使激子难以有效地扩散到界面处。因此，如何提高有机薄膜太阳能电池的光子吸收从而增加激子的数量，以及如何使激子更有效地扩散到界面被分离成电子和空穴，对提高有机薄膜太阳能电池的效率有重要意义。

同时，本征ZnO材料为n型半导体，具有良好的电学特性，而且制备ZnO原料丰富、成本低、无毒等，近年来，ZnO广泛被研究和应用于各类光电子器件中。其中，最为广泛的是利用ZnO优良的电子传输性能而将其制成竖直排列纳米线阵列制备在光电子器件中，增加与其他材料的接触面积，提高器件得到电子传输性能。但是，到目前为止，很少有将具有岛状微结构的ZnO材料作为功能层用于有机薄膜太阳能电池中。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何提供一种有机薄膜太阳能电池及其制备方法，该太阳能电池克服了现有技术中所存在的缺陷，增加了器件中激子产生的数量以及将界面处的电子和空穴传输到电极层的能力，提高了有机薄膜太阳能电池的能量转换效率。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种有机薄膜太阳能电池，包括衬底、阳极层、阴极层、设置在阳极层和阴极层之间的有机功能层，有机功能层至少包括电子给体层和电子受体层，所述有机功能层还包括阳极缓冲层，其特征在于，所述电子受体层为具有岛状微结构的ZnO层，所述电子给体层材料为小分子p型半导体材料或聚合物p型半导体材料。

按照本发明所提供的有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述有机小分子p型半导体材料包括酞菁铜(CuPc)、酞菁锌(ZnPc)、酞菁铁(FePc)、酞菁氢(H2Pc)、亚酞菁(SubPc)、酞菁锡(SnPc)、5-乙烯基-2-四聚噻吩(V₄T)、5-乙烯基-五聚噻吩(V₅T)、α，α-二(2，2-二氰基乙烯)-五聚噻吩(DCV5T)、N，N′-二苯基-N，N′-二(3-甲基苯基)-1，1′-联苯-4，4′-二胺(TPD)、并四苯或并五苯及其衍生物；所述聚合物p型半导体材料包括聚乙烯咔唑(PVK)、聚(3-烷基噻吩)(P3AT)、3-己基取代聚噻吩(P3HT)、聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1，4-苯撑乙烯撑](MEH-PPV)，聚[2-甲氧基，5-(3，7-二甲基-辛氧基)-对苯乙烯撑](MDMO-PPV)。

按照本发明所提供的有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述岛状微结构的ZnO的底径为50～100nm，高度小于或等于1μm。