[发明专利]一种双受体的三元太阳能电池

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。传统的有机太阳能电池的光活性层是决定器件光电转换效率的关键。经典的体异质结结构替代了原有的双层异质结结构，使得电子给体与受体材料在光活性层中均匀的混合，从而增大了给体受体的接触面积，为载流子传输提供了大量的通道，从而极大的提高器件的光电转换效率。

然而，传统的体异质结太阳能电池存在以下两大问题：1，单受体的体异质结光吸收范围有限，其中，从而限制了器件的短路电流密度；2，基于富勒烯衍生物的受体由于其分子结构，在一定程度上不能有效地与给体聚合物充分结合，导致光活性层中不能有效地形成给体受体相分离，从而限制了载流子的传输效率。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何提供一种双受体的三元太阳能电池，目的是通过在光活性层中加入第二种受体，以实现：（1）提升光活性层的光吸收范围；（2）提高光活性层的给体受体相分离程度，及薄膜的结晶性，提高载流子传输效率。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种双受体的三元太阳能电池，其特征在于：该太阳能电池采用反型结构，从下到上依次为：衬底，透明导电阴极ITO，阴极缓冲层，光活性层，阳极缓冲层，金属阳极；光活性层的重量百分比组成为：电子给体:40%，电子受体一:10~50%，电子受体二:10~50%，光活性层厚度为50~300nm；所述电子受体1材料为PC₆₁BM，所述电子受体2材料为PC₇₁BM。

进一步地，所述光活性层中，电子给体材料为P3HT或PTB7的一种。

进一步地，所述阳极缓冲层材料为PEDOT:PSS，阳极缓冲层厚度为15～50nm。

进一步地，所述阴极缓冲层材料为TPBi、BCP、Bphen、Alq₃、ZnO或TiO₂的一种或多种，阴极缓冲层厚度范围为1～20nm。

进一步地，所述金属阳极材料为Ag、Al或Cu中的一种或多种，金属阳极厚度为100～300nm。

进一步地，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。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

通过引入第二种电子受体材料，从而提升光活性层中的光吸收范围，最终提升器件的短路电流密度；

通过引入第二种电子受体材料，来填充原给体受体之间的空隙，并提高给体受体之间的相分离程度，提高光活性层的薄膜结晶性，提高载流子传输速度。

附图说明：

图1是本发明所涉及的一种双受体的三元太阳能电池结构，从下到上依次为：1表示衬底，2表示透明导电阴极ITO，3表示阴极缓冲层，4表示光活性层，5表示阳极缓冲层，6表示金属阳极。

图2是本发明涉及的光活性层的AFM图，其中a)为对照组，b)为双受体的光活性层表面，从图中可以明显看出，在加入双受体后，薄膜表面相分离程度提高了，结晶性也得到提高。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。