[实用新型]一种基于小周期有机太阳能电池结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及有机光电器件技术领域，具体涉及到一种基于小周期含电解质涂层的有机太阳能电池结构，该电池采用小周期结构并在有机聚合物和金属阴极间添加电解质涂覆层，制备出了功率转化效率较高的有机太阳能电池。

背景技术

有机太阳能电池以其成本低、易于制备、易与大面积的弯曲基底兼容等优点成为太阳能电池的重要成员。然而，目前的有机太阳能电池的光电转化效率比无机太阳能电池要低很多。这是目前有机太阳能电池发展的瓶颈。为此，人们提出了各种不同的方法来提高有机太阳能电池的光电转换效率。目前，研究最深入应用最广泛的是表面等离子体共振技术。表面等离子体共振是在有机太阳能电池的活性层中引入金属纳米光栅或纳米颗粒结构，在光的作用下，金属表面的电子受激产生电子集体共振现象。这种现象使得金属表面的电场大大增强，从而提高光子的吸收。

为了使表面等离子共振激发的离子与活性层材料的吸收频带相匹配，金属光栅的周期通常都在几百纳米，然而那些周期小于100nm的小周期金属光栅有机太阳能电池却很少有人研究。根据拉曼散射原理，小周期结构的金属在光照下会产生表面增强的拉曼散射，形成热电效应。当两个金属颗粒之间只有几纳米的间隔时，在两个金属颗粒之间诱导形成的电场将会被提高几个数量级。而这种增强的电场能够大大提高对光子的束缚能力，从而提高光子的吸收。因此，在活性层中加入小周期金属光栅也是提高光吸收的一个有效方法。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于小周期含电解质涂覆层的有机太阳能电池结构。利用本实用新型结构，可以进一步提高有机太阳能电池的功率转换效率。

本实用新型的一种基于小周期有机太阳能电池结构，其由上至下依次包括阳极层ITO、阳极缓冲层PEDOT：PSS、有机聚合物层P3HT：PCBM、阴极层Ag，所述阴极层Ag上设有周期性凸出于阴极层的Ag光栅，在所述有机聚合物层P3HT：PCBM与阴极层之间以及有机聚合物层P3HT：PCBM与Ag光栅之间均设有电解质涂层。

本实用新型所述的基于小周期有机太阳能电池结构，优选的，所述电解质涂层为金属氧化物，更优选的，所述金属氧化物为TiO₂、ZnO或MoO3。

本实用新型所述的基于小周期有机太阳能电池结构，优选的，所述电解质涂层厚度1-3nm。

本实用新型所述的基于小周期有机太阳能电池结构，优选的，所述阳极层ITO厚度95-105nm、阳极缓冲层PEDOT：PSS厚度48-52nm、有机聚合物层P3HT：PCBM厚度102-110nm、Ag光栅厚度25-28nm、阴极层Ag厚度26-32nm、电解质涂层厚度1-3nm、Ag光栅的周期宽度18-22nm、Ag光栅的间隔为3-7nm；

更优选的，所述阳极层ITO厚度100nm、阳极缓冲层PEDOT：PSS厚度50nm、有机聚合物层P3HT：PCBM厚度106nm、Ag光栅厚度26nm、阴极层Ag厚度30nm、电解质涂层厚度1nm、Ag光栅的周期宽度20nm、Ag光栅的间隔为4nm。

本实用新型是在小周期结构中引入电解质涂层对太阳能电池结构进一步优化，从而使有机太阳能电池的功率得到了较大的提高。

本实用新型创新之处在于提出了在太阳能电池小周期结构中引入电解质涂覆层在金属光栅表面，涂层的引进可有效的消除激子的淬灭，减少了电子和空穴的复合，提高了激子的利用率，从而提高了太阳能电池的光电转换效率。同时，涂层的使用也降低了金属阴极及Ag光栅的氧化。

附图说明

图1为本实用新型的有机太阳能电池结构示意图；

图2为不同凹槽宽度的激子平均生成率；

图3为不同电解质涂覆层太阳能电池的I-V曲线对比图；

图4为不同厚度涂覆层太阳能电池的I-V曲线对比图。

图中：1.阳极层ITO；2.阳极缓冲层PEDOT：PSS；3.有机聚合物层P3HT：PCBM；4.电解质涂层；5.阴极层Ag；6.Ag光栅。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的内容进行进一步说明。

实施例1