[发明专利]一种光学间隔层倒置聚合物太阳能电池

说明书

本发明公开了一种光学间隔层倒置聚合物太阳能电池，属于有机光电器件技术领域，从下到上的结构依次为透明衬底、导电阴极、光学间隔层、吸光层、阳极缓冲层及金属电极；其中，所述光学间隔层的材料为掺杂铯、硼、铝、镓、铟、镁、锶、钡的氧化锌，掺杂钒、铯、铌的氧化钛中的一种，掺杂物质的浓度为0mol/L‑0.5mol/L，单层光学间隔层的折射率为1.1‑2.2。本发明采用折射率渐变或交替变化的多层半导体薄膜作为光学间隔层，能够更有效的调节器件内光强的分布，进而提高器件吸光层的光吸收。

技术领域

本发明属于有机光电器件技术领域，具体涉及一种多层光学间隔层倒置聚合物太阳能电池。

背景技术

聚合物太阳能电池(polymer solar cell，PSC)因材料合成简单、价格低廉、与柔性衬底兼容，可大面积制备等优点而受到广泛关注。近年来，为进一步提高PSC器件的性能和稳定性，将透明电极作为底电极，采用高稳定性金属如金或银作为顶阳极的倒置结构聚合物太阳能电池(inverted polymer solar cell,IPSC)得到深入研究和广泛应用。无论对于PSC或IPSC器件，吸光层对入射光能否充分吸收都是决定器件性能的关键。其中在导电阴极和吸光层之间加入氧化锌，氧化钛光学间隔层被证明是增强器件吸光层光吸收的有效方法。通过调节光学间隔层的厚度来改变器件中各层的光场分布，可有效促进吸光层对入射光的有效吸收，并且在阴极上生长的氧化锌或氧化钛薄膜还同时起到阴极缓冲层的作用，可使阴极、缓冲层和吸光层的LUMO能级形成阶梯形势垒，有利于阴极抽取电子并阻挡空穴向阴极的传输。然而目前所报道的光学间隔层皆采用单层氧化锌或氧化钛薄膜，其厚度在30-100nm之间，虽然进一步增加厚度能够增大光学间隔层对器件吸光层光强分布的调节范围，使其接近理论上的光强极大值，但由于低温制备的氧化锌或氧化钛薄膜的结晶质量较差，因此厚度的增加同时增大了器件的串联电阻，减低了短路电流，反而使器件的光电转换效率下降。

如果能够进一步改进光学间隔层的结构，能够在不增加整个器件串联电阻的前提下增强器件内吸光层对太阳光的吸收，将对聚合物太阳能电池的能量转换效率的提高有着重要价值。

发明内容

本发明是针对目前PSC器件不能对太阳光进行充分吸收的问题，提出一种能够增强器件吸光层光吸收的倒置聚合物太阳能电池：

一种光学间隔层倒置聚合物太阳能电池，从下到上的结构依次为透明衬底、导电阴极、光学间隔层、吸光层、阳极缓冲层及金属电极；

其中，所述光学间隔层的材料为掺杂铯、硼、铝、镓、铟、镁、锶、钡的氧化锌，掺杂钒、铯、铌的氧化钛中的一种，掺杂物质的浓度为0mol/L-0.5mol/L，单层光学间隔层的折射率为1.1-2.2。

进一步地，所述的掺杂铯、硼、铝、镓、铟、镁、锶、钡的氧化锌或掺杂钒、铯、铌的氧化钛均采用溶胶凝胶法制备而成。

进一步地，光学间隔层的层数为n，其中，n为大于1的整数，并且每一层薄膜的折射率从下到上依次减小。

进一步地，所述吸光层的厚度为20nm-1000nm；阳极缓冲层的厚度为1nm-100nm；所述金属电极的厚度为50nm-1500nm，每层光学间隔层的厚度为1-100nm。

进一步地，所述导电阴极的材料为氧化铟锡ITO或掺氟氧化锡FTO。

进一步地，所述吸光层的材料为富勒烯及其衍生物、聚对苯乙烯及其衍生物、噻吩类及其衍生物或芳香胺类材料中的一种。

进一步地，所述阳极缓冲层的材料为3，4-乙烯二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、三氧化钼(MoO₃)、五氧化二钒(V₂O₅)、氧化镍(NiO)或三氧化钨(WO₃)。

进一步地，所述金属电极的材料为钙、钡、镁、铜、铝、金、银、镍、锌、铂、钼或铁。