[发明专利]一种高填充因子的有机薄膜太阳能电池

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，具体涉及一种高填充因子的有机薄膜太阳能电池。

背景技术

随着全球能源需求的爆炸式增长，能源问题己经成为各国经济发展所要面临的首要难题。由于太阳能具有洁净、分布广泛、取之不尽用之不竭等特点，研究光伏发电解决能源问题成为可再生能源领域研究的重点与热点。目前，根据组成太阳能电池的光活性层的材料性质的不同，可以将活性层材料分为无机半导体材料和有机半导体材料。与无机半导体材料相比，有机半导体材料不仅材料本身的合成条件和器件化工艺条件相对温和，其分子化学结构容易修饰，用其来制作电池时，可以满足成本低、耗能少、容易大面积制作的要求。从20世纪90年代起，随着薄膜技术的迅猛发展，采用新材料新结构新工艺制备的电池的性能得到大幅度的提高。

然而，与无机太阳能电池的大规模生产相比，有机太阳能电池由于其光电转换效率还相对较低，其实用化还尚需时日。制备合适的阳极缓冲层是提高有机太阳电池光电转换效率的有效方法。其中，PEDOT:PSS由于其拥有良好的溶解性及空穴传输性而在近年来被广泛应用于有机太阳能电池中。基于PEDOT:PSS阳极缓冲层的有机太阳能电池展现出了良好的光电性能，而进一步优化PEDOT:PSS阳极缓冲层则成为目前此领域研究的重点。

目前，由于PEDOT:PSS中传输空穴的主体PEDOT基团在成膜后不能有效地与亲水不导电的PSS基团分离，从而制约了阳极缓冲层中载流子空穴的传输速率。目前主要的解决方法是在PEDOT:PSS中参入一定量的极性溶剂以改善阳极缓冲层的导电率。但在PEDOT:PSS薄膜干燥退火的过程中，极性溶剂挥发速率与PEDOT:PSS溶液不同步将导致阳极缓冲层成膜不均匀，从而形成载流子传输陷阱，极大地限制了器件的效率获得进一步提升。

 

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，目的是通过引入极性缓冲层来修饰阳极缓冲层，以实现：(1)促进PEDOT:PSS薄膜的相分离，提高薄膜的电导率；(2)降低器件的串联电阻；(3)降低载流子复合几率以提高器件的填充因子。

本发明的技术方案为： 

一种高填充因子的有机薄膜太阳能电池，其特征在于，该太阳能电池采用正型结构，从下到上依次为：衬底，透明导电阳极ITO，阳极缓冲层，光活性层，极性缓冲层，阴极缓冲层，金属阴极；所述极性缓冲层质量百分比组成为：N,N-二甲基甲酰胺87～93 %，甲醇3～5 %，PEDOT:PSS 2～10%，所述极性缓冲层厚度范围为1～10 nm。

作为优选，所述阳极缓冲层材料为PEDOT:PSS，厚度范围为15～50 nm。

作为优选，所述光活性层由电子给体材料P3HT与电子受体材料PCBM的混合溶液制备而成，厚度范围为50～300 nm；所述混合溶液中P3HT和PCBM的质量百分比为1:20～5:1，所述混合溶液的浓度为1～20 mg/ml。

作为优选，所述阴极缓冲层材料为TPBi、BCP、Bphen、Alq₃、ZnO或TiO₂的一种或多种，厚度范围为1～20 nm。

作为优选，所述金属阴极材料为Ag、Al或Cu中的一种或多种，所述金属阴极厚度范围为100～300 nm。

作为优选，所述衬底材料为玻璃或透明聚合物，所述透明聚合物材料为聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂或聚丙烯酸的一种或多种。

本发明的优点在于：

一、本发明提供的有机薄膜太阳能电池，能有效地促进PEDOT:PSS阳极缓冲层中PEDOT基团与PSS基团垂直相分离，提高了阳极缓冲层的电导率。

二、本发明提供的有机薄膜太阳能电池，在ITO阳极与光活性层中通过引入极性缓冲层来降低接触势垒，有效地降低了器件的串联电阻。

三、本发明提供的有机薄膜太阳能电池，其阳极缓冲层成膜均匀，有效地减少了载流子传输陷阱，降低了载流子复合几率，最终显著地提高了器件的填充因子，进而使太阳能电池的光电转换效率得到提高。

附图说明

图1是本发明所涉及的一种高填充因子的有机薄膜太阳能电池的结构示意图，从下到上依次为：1表示衬底；2表示透明导电阳极ITO；3表示阳极缓冲层；4表示极性溶剂缓冲层；5表示光活性层；6表示阴极缓冲层；7表示金属阴极。

具体实施方式：