[发明专利]一种提高有机太阳能电池吸收效率的深刻蚀金属光栅结构

说明书

本发明一种提高有机太阳能电池吸收效率的深刻蚀金属光栅结构，属于太阳能电池领域；所要解决的技术问题是提供了实现PTB7:PC₇₀BM有机太阳能电池的宽带吸收增强的的结构；解决该技术问题采用的技术方案为：一种提高有机太阳能电池吸收效率的深刻蚀金属光栅结构，包括自上而下的导电薄膜层、空穴传输层、均匀吸收层、光栅层和背部阴极，光栅层包括至少一个光栅周期，一个光栅周期包括三个深度依次递增的光栅槽和光栅脊，光栅槽和光栅脊相间排列，光栅脊的深度与宽度的比值不小于0.5。

技术领域

本发明一种提高有机太阳能电池吸收效率的深刻蚀金属光栅结构，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

能源问题一直是人类面临的重大问题，而太阳能电池可直接将太阳光光能转化为电能，且具有结构可设计性、制造成本低、易采用涂布、印刷等方式大面积制备、弱光照性能好、质量轻、半透明和可彩色化、具备观赏价值等优势。但是，太阳能电池的有机材料对太阳光谱的吸收能力有限，太阳能电池的吸收效率低是制约太阳能电池性能的主要因素之一，目前，常将微纳结构应用于太阳能电池来提高效率，其中，金属光栅是常用的一种陷光结构之一。

当入射光照射到金属光栅结构时，在金属／介质的分界面上会产生表面等离激元效应，该效应具有界面高度局域性和近场增强性的特点，其局域场的空间分布与 太阳能电池活性层厚度相当，并且其共振增强带宽与活性层的吸收性质相匹配,故可在特定地波段有效地提高有机太阳能电池的吸收效率。

具有光栅结构的太阳能电池相对于普通的平面结构太阳能电池，光谱吸收效率已经有了一定的提高，但仍存在一定的问题：一般阵列的周期性金属光栅，仅在某些波段影响电池对太阳光谱的吸收效率，而在其他波段对光子的吸收有限，导致在整个波段的吸收效率不理想，直接影响电池的光电转换效率，即等离子体效应导致的吸收增强仅发生在特定的共振增强带宽。因此，要设计一种结构以实现太阳能电池的宽带吸收增强。

发明内容

本发明一种提高有机太阳能电池吸收效率的深刻蚀金属光栅结构，克服了现有技术存在的不足，提供了实现PTB7:PC₇₀BM有机太阳能电池的宽带吸收增强的的结构。

太阳能电池中有机材料为供受体比例为1：1.5的poly[[4,8-bis[（2-ethylhexyl）oxy] benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-2,6-diyl][3-fluoro-2-[（2-ethylhexyl）carbonyl]thieno[3,4-b]thiophene-4,6-diyl]] （PTB7）: [6,6]-phenyl-C70-butyricacid methyl ester （PC70BM），文中用PTB7:PC70BM表示。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种提高有机太阳能电池吸收效率的深刻蚀金属光栅结构，包括自上而下的导电薄膜层、空穴传输层、均匀吸收层、光栅层和背部阴极，光栅层包括至少一个光栅周期，一个光栅周期包括三个深度依次递增的光栅槽和光栅脊，光栅槽和光栅脊相间排列，光栅脊的深度与宽度的比值不小于0.5。

进一步，所述均匀吸收层与所述光栅槽相连构成电池的活性层，活性层下部与背部银电极相嵌。

进一步，所述均匀吸收层的厚度为20-30纳米，所述光栅周期的宽度为350-400纳米，所述光栅槽深度各不相同，在50纳米到250纳米之间，所述光栅槽的宽度为80-100纳米，所述光栅脊的宽度为25-35纳米 。

进一步，所述光栅槽的宽度均相等。

进一步，所述导电薄膜层所用的材料为氧化铟锡，所述空穴传输层所用的材料为高分子聚合物PEDOT:PSS，所述均匀吸收层和所述光栅槽所用的材料为以1:1.5比例混合的PTB7:PC₇₀BM，所述光栅脊和所述背部阴极所用的材料为银。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。