[发明专利]一种图形化电极、制备方法和有机太阳能电池

说明书

技术领域

本发明属于有机太阳能电池领域，具体涉及一种图形化电极、制备方法和有机太阳能电池。

背景技术

太阳能是人类取之不尽、用之不竭的可再生能源，基于光伏效应将太阳能转换为电能的太阳能电池受到越来越多的重视。相对无机太阳能电池，有机太阳能电池具有独特的优势：它成本低、加工简便(可以采用旋涂、打印等低温溶液方法加工)，容易得到大面积柔性器件等等。但是，有机太阳能电池的光电能量转换效率(PCE)还很低(比无机太阳能电池低1个数量级)，成为阻碍其产业化的瓶颈。

为了提高有机太阳能电池的PCE，目前对有机太阳能电池的器件结构、材料及其结构进行了详尽的研究。有机太阳能电池PCE低的主要原因是：有机半导体的光生激子结合能大，只有当激子扩散到电子给体与受体界面间才能解离成自由的载流子；有机半导体材料的带隙较宽，主要吸收太阳光谱中的可见光区能量，不能充分利用近红外光区的能量，以及存在氧化铟锡导电玻璃(如ITO)表面及整个器件中存在较大的光反射而导致吸收减弱；有机材料的载流子的迁移率低，载流子在输运过程中易发生复合或被陷阱捕获。

深入的研究表明：有机活性层的形貌结构、给体与受体界面对电池的PCE影响很大。目前，有很多方法，包括对活性层的热处理、选择合理的溶剂来制备活性层以及选择适当的给体与受体的比例等可以优化有机活性层的形貌结构而提高电池的PCE。

为了控制给体与受体的形貌结构或者降低对入射光的反射，有采用纳米压印[Nanoimprinted polymer solar cell，Y.Yang，et al.，ACS Nano 6，2877(2012)]或者与多孔氧化铝相结合的方法来制备图案化的有机光活性层[Enhanced solar-cell efficiency in bulk-heterojunction polymer systems obtained by nanoimprinting with commercially available AAO membrane filters，J.H.Lee，et al.，Small 19，2139(2009)；CN101609870B]，或者制备图案化的界面缓冲层[Low cost，nanometer scale nanoimprinting-Application to organic solar cells optimization，E.Avnon，et al.，Organic Electronics 12，1241(2011)；Nanoimprint of dehydrated PEDOT:PSS for organic photovoltaics，A.Zakhidov，et al.，Nanotechnology 22，485301(2011)；A study of optical properties enhancement in low-bandgap polymer solar cells with embedded PEDOT:PSS gratings，X.L.Zhu，et al.，Sol.Energy Mater.Sol.Cells 99，327(2012).]的研究报道，并且经过上述制备处理，有机太阳能电池的PCE能够得到了提高。但是，上述基于纳米压印的技术方法都需要预先采用纳米或微纳米制造技术来制造纳米压印所需的模板，然后利用这种具有纳米图案的模板对软的材料层如poly(3，4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate)(PEDOT:PSS)或者有机光活性层进行压印而产生图案，这样的制备过程复杂，成本昂贵，而且不适合压印硬的电极如ITO等，不能够大面积制备有机太阳能电池。

发明内容

本发明提供了一种图形化电极、制备方法和有机太阳能电池，该图形化电极制备方法简单，表面图案形状易于控制，用该图形化电极制备的有机太阳能电池PCE高。

一种制备图形化电极的方法，包括：

(1)在电极表面覆上纳米结构层，所述的纳米结构层中的纳米结构在电极表面的覆盖率为15％～100％；

所述的在电极表面覆上纳米结构层的方法包括：直接在电极上合成纳米结构或者以溶液涂敷的方法将纳米结构结合到所述的电极表面上；

(2)以所述的纳米结构层为模板对所述的电极进行腐蚀；

所述的腐蚀的方法包括化学腐蚀、反应离子刻蚀或激光刻蚀；

被腐蚀掉的电极的厚度为1nm～800nm；

(3)除去所述的纳米结构层得到所述的图形化电极。