[发明专利]一种双结有机太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及有机半导体光电器件领域，特别涉及一种双结有机太阳能电池。

背景技术

有机太阳能电池的光活性层半导体材料具有制备简单，容易修饰，价格便宜，能够制作大面积柔性器件的特性，极具潜在的应用价值。高效率和高稳定性是衡量有机太阳能电池的两个重要指标。因此，如何提高有机太阳能电池的光电转换效率和稳定性是当前有机太阳能电池的研究热点。有机太阳能电池主要是采用有机共轭小分子或有机共轭聚合物和富勒烯衍生物两种半导体材料组成的光活性层完成光电转换的。在过去的十年中，科学家们通过设计并合成窄带隙的电子给体材料，优化有机太阳能电池结构，使单结有机太阳能电池的光电转化效率从不足1%提高到了9%以上；双结有机太阳能电池的光电转化效率达到了12%。通过使用新型电极修饰材料（如用稳定的氧化钼替代PEDOT:PSS）或添加剂（如在光活性层中添加对苯二酚）提高了有机太阳能电池的稳定性。

然而，有机太阳能电池的光电转化效率低、稳定性差仍然是制约有机太阳电池器件走向实用化的主要原因。这主要是因为：（1）电子给体材料的吸收波长大多在可见光区域，光谱吸收范围较窄，因此不能充分利用太阳光，特别是太阳光中近紫外和近红外区域部分；（2）电子给体材料吸收的太阳光会有一部分以近红外波长荧光的形式辐射损失掉而形不成有效电流。（3）由给体材料和受体材料组成的光活性层薄膜结晶度低、稳定性差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题和不足，提供一种能有效提高太阳能电池光电转换效率和稳定性的双结有机太阳能电池。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种双结有机太阳能电池，包括底电池和顶电池，底电池包括透明衬底、阴极、电子传输层、光活性层、空穴传输层、中间电极层；顶电池包括中间电极层、电子传输层、光活性层、空穴传输层和阳极，改进后，底电池和顶电池的光活性层中含有给体材料、受体材料和染料，染料为至少一种吸收峰在250-550nm的短波染料和至少一种吸收峰在650-950nm的长波染料。 

上述双结有机太阳能电池，所述短波染料与长波染料的重量比控制在1:10~10:1。

上述双结有机太阳能电池，所述染料占光活性层总重量的0.1%~10%。

上述双结有机太阳能电池，所述染料为金属多吡啶配合物染料、金属卟啉染料、金属酞菁染料中的一种或几种。

上述双结有机太阳能电池，所述给体材料选自共轭有机小分子或共轭聚合物中的一种。

上述双结有机太阳能电池，所述受体材料选自C₆₀、C₇₀或C₆₀、C₇₀的衍生物中的一种。

上述双结有机太阳能电池，所述底电池和顶电池的光活性层由以下方法制得：由给体材料、受体材料和染料在混合溶剂或单一溶剂中组成混合溶液，经旋涂、刷涂、喷涂、浸涂、辊涂、丝网印刷或喷墨打印方式制得。

与现有技术相比，本发明有益效果表现在：本发明通过采用双结结构，同时在光活性层中添加不同吸收波长的染料组合，利用染料对太阳光中近紫外和近红外区域的吸收，弥补了电子给体材料和电子受体材料对这两部分光吸收较少的缺点，拓宽了双结有机太阳能电池对太阳光的吸收光谱同时也降低了荧光辐射的损失，增强了太阳光的利用效率，进而提高了双结有机太阳能电池的光电转化效率。同时由于染料的添加提高了光活性层的结晶度，从而提高了双结有机太阳能电池的稳定性。

附图说明

图1-4为本发明的双结有机太阳能电池的结构示意图。

图中各标号表示为：1-透明衬底，2-阴极，3-电子传输层，4-底电池光活性层，5-空穴传输层、6-中间电极，7-电子传输层，8-顶电池光活性层，9-空穴传输层，10-阳极，11~22均为染料。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

一种双结有机太阳能电池，结构如图1所示，包括底电池和顶电池。底电池包括透明衬底、阴极、电子传输层、光活性层、空穴传输层、中间电极层；顶电池包括中间电极层、电子传输层、光活性层、空穴传输层和阳极。本发明对所述衬底材料没有特殊限制，可以为透明有机聚合物薄膜或玻璃，所述透明有机聚合物薄膜材料包括聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或其他聚酯类材料中的一种或任意组合。