[发明专利]一种有机太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机光伏器件技术领域，特别涉及一种有机太阳能电池及其制备方法。

背景技术

有机太阳能电池（以下简称OPV）是继硅系太阳能电池、化合物半导体薄膜太阳能电池之后的第三代新型太阳能电池。最为廉价和有吸引力的太阳能电池材料非有机物莫属：一方面由于有机材料合成成本低、功能易于调制、柔韧性及成膜性都较好；另一方面由于有机太阳能电池加工过程相对简单，可低温操作，器件制作成本也较低。除此之外，有机太阳能电池的独特优势在于：可实现大面积制造、可使用柔性衬底、环境友好、轻便易携等。

有机太阳能电池发展迅速，目前有单结、双结和多结等多种结构。其中，单结有机太阳能电池由于结构和制备工艺简单，是最为常用的电池结构，但是，由于单结结构有机太阳能电池中的半导体材料只能吸收太阳光谱中某一特定波长的光，利用单结有机太阳能电池很难达到高光电转换效率。双结和多结有机太阳能电池可以捕捉更大范围的太阳能光谱，提高其效率。以双结有机太阳能电池来说，因其底电池和顶电池中有机半导体材料能带的不同，可吸收不同波长的光子，得到较高的转换效率。但双结或多结有机太阳能存在以下三个弊端：一是所有结的电流需要匹配，制备工艺复杂；二是载流子需要穿越相邻的界面复合区域，电流损失大；三是制造成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述现有有机太阳能电池器件所存在的问题和不足，提供一种光电转换效率高的单结有机太阳能电池。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种有机太阳能电池的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种有机太阳能电池，包括阳极、空穴传输层、活性层、电子传输层、阴极，所述的阳极或阴极为透明电极，所述的活性层包括有机给体材料、有机受体材料和量子点纳米颗粒，量子点纳米颗粒占活性层的重量比为0.1%～10%。

上述有机太阳能电池，所述的量子点纳米颗粒由Ⅱ-Ⅵ族或Ⅲ-Ⅴ族元素组成。

上述有机太阳能电池，所述的量子点纳米颗粒为铟化镓、氮化镓、砷化镓、硫化镉、硒化镉、硫化锌、硒化锌、氮化铟砷、铟砷化镓或硫化硒镉。

上述有机太阳能电池，所述的量子点纳米颗粒粒径为1～10nm。

上述有机太阳能电池，所述的量子点纳米颗粒占活性层的重量比为0.5%～5%。

上述有机太阳能电池，所述的透明电极是由透明基材及其上的铟锡氧化物、掺氟氧化锡、掺铝氧化锌或掺镓氧化锌导电层组成。

上述有机太阳能电池，所述空穴传输层为聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐、三氧化钼、五氧化二钒或氧化镍。

上述有机太阳能电池，所述电子传输层为氧化钛、氧化锌、氟化锂、碳酸铯或二异丙氧基双乙酰丙酮钛。

一种有机太阳能电池的制备方法，所述方法包括如下步骤：

（1）清洗透明阳极，蚀刻电极图案后清洗、烘干、紫外/臭氧处理；

（2）在上述处理的透明阳极表面沉积空穴传输层；

（3）在氮气保护下，在空穴传输层表面涂布掺杂量子点纳米颗粒的有机活性液，加热或真空干燥形成活性层；

（4）在氮气保护下，在活性层表面沉积，并干燥形成电子传输层；

（5）在电子传输层上镀制金属阴极，得到太阳能电池。

与现有技术相比，本发明的有机太阳能电池采用在活性层中掺杂量子点纳米颗粒，量子点纳米颗粒能够吸收低于有机半导体吸收谱波长的光，产生与有机半导体材料吸收谱相同波长的光，量子点纳米颗粒产生的发射光被有机半导体材料吸收，增加了有机半导体材料对低于其吸收谱波长太阳光的利用，拓宽了有机半导体材料对太阳光的吸收谱，增强了有机太阳能电池对太阳光的利用率，显著提高了有机太阳能电池光电转换效率。

本发明的有机太阳能电池采用单结结构，通过在活性层中掺杂与有机半导体材料吸收谱相同波长发射谱的量子点纳米颗粒，可制作媲美双结和多结光电转换效率的有机太阳能电池，制造工艺简单，成本低，更适用于大面积产业化生产。

附图说明

图1和图2是本发明产品的结构示意图。

附图中各标号清单为：1-透明阳极；2-空穴传输层；3-活性层；4-电子传输层；5-金属阴极；6-透明阴极；7-金属阳极；100-本发明传统结构有机太阳能电池 200-本发明倒置结构有机太阳能电池。

具体实施方式