[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

本发明属于有机聚合物光伏器件或有机半导体薄膜太阳能电池领域，具体涉及一种有机薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着全球能源需求量的逐年增加，能源问题成为世界各国经济发展遇到的首要问题。太阳能作为一种绿色能源，取之不尽用之不竭，是各国科学家开发和利用的新能源之一。1954年，美国的贝尔研究所成功地研制出硅太阳能电池，开创了光电转换研究的先河。之后关于太阳能电池的研究迅速发展起来，最初主要集中在已单晶硅为活性材料的无机太阳能电池。20世纪90年代又发展了砷化镓、碲化镉以及叠层GaInP/GaAs/Ge等器件，它们由单晶、多晶或非晶薄膜构成。由于无机太阳能电池原料成本高，生产工艺复杂和窄带隙半导体的严重光腐蚀使太阳能发电不能大面积推广。要使太阳能发电得到大规模应用，就必须降低成本。

有机半导体材料是最为廉价和最有发展潜力的太阳能电池材料，其优势表现为：一方面，由于有机材料合成成本低，功能和结构易于调整，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，器件制作成本也随之降低。除此之外，有机太阳能电池的潜在优势还包括：可实现大面积制造、可使用柔性衬底、环境友好、轻便易携等，有望应用在手表、便携式计算器、玩具、柔性可卷曲系统等体系中供电。经过二十多年的发展，有机薄膜太阳能电池的转换效率有了较大的进步，理论也得到了进一步完善，正逐步向大规模市场化迈进。

除了效率之外，有机薄膜太阳能电池的稳定性也是研究者们关注的重点。一个理想的太阳能光伏器件需要具备以下特质：光照下长时间保持性能不变，对冷/热、亮/暗、干/湿等反复性的变化不敏感。然而目前仍然存在许多瓶颈问题，制约着有机薄膜太阳能电池的商业化。阳极缓冲层与光活性层的界面匹配，是其中一个显著的问题。由于阳极缓冲层通常采用的是PEDOT：PSS这种亲水性材料，而光活性层通常是疏水性材料，这导致在器件制备过程当中，光活性层材料不易在阳极缓冲层表面铺展开，使最终形成的光活性层薄膜形貌差，而且在内外应力的作用下会产生界面分离，进而使载流子的传输效率受到不良影响，降低器件的能量转换效率。因此，解决阳极缓冲层与光活性层的界面匹配性问题，对有机薄膜太阳能电池的商业化进程可以起到了巨大的推动作用。

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，目的是解决有机薄膜太阳能电池阳极缓冲层与光活性层之间附着性差的问题，增加阳极缓冲层与光活性层之间的界面匹配性，同时提高器件的能量转换效率，延缓了器件性能的衰减速度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种有机薄膜太阳能电池，其特征在于，该太阳能电池结构从下至上依次设置的衬底（1）、透明导电阳极ITO（2）、阳极缓冲层（3）、光活性层（4）、阴极缓冲层（5）和金属阴极(6)，所述光活性层（4）中掺有紫外敏感胶，所述紫外敏感胶的组分及各组分的质量比为：

光敏性的聚硅氧烷    93.5～97%

光引发剂            1.5～5%

稀释剂和助剂        1.5～3%；

所述稀释剂包括甲苯、二甲苯、活性环氧树脂稀释剂、环醚和乙烯基醚单体，助剂包括填充剂、稳定剂和交联剂。

进一步地，所述光敏性的聚硅氧烷包括硫醇-烯烃官能化聚硅氧烷、丙烯酸酯化聚硅氧烷和乙烯基醚官能化聚硅氧烷。

进一步地，所述光引发剂包括安息香、安息香甲醚、安息香乙醚、安息香异丙醚、二苯甲酮、乙酰苯衍生物、二苯基碘鎓盐、二芳基碘鎓盐和三芳基碘鎓盐。

进一步地，所述紫外敏感胶在光活性层中所占的质量比为0.05～6.5%。

进一步地，所述光活性层由电子给体材料P3HT与电子受体材料ICBA混合制备而成，所述P3HT：ICBA混合溶液质量比为1：20～5：1，所述溶液浓度为1～30mg/ml，厚度为40～250nm。

进一步地，所述阳极缓冲层材料为聚(3，4-亚乙二氧噻吩)：聚苯乙烯基苯磺酸（PEDOT：PSS）或氧化钼（MoO_x）中的一种，厚度为10～80nm。

进一步地，所述阴极缓冲层材料为TPBi、BCP、Bphen、LiF中的一种，厚度为1～10nm。

进一步地，所述金属阴极材料为Ag、Al、Cu中的一种，厚度为100～300nm。