[发明专利]一种有序异质结光伏器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种有序异质结光伏器件及其制备方法，有序异质结光伏器件由上至下依次为负极层、界面修饰层、光伏活性层、空穴阻挡层、正极层以及衬底，光伏活性层包括有机层和无机层，无机层为垂直于衬底的、有序的纳米棒阵列，有机层填充并覆盖纳米棒阵列，有机层的顶面与衬底平行，纳米棒阵列中的纳米棒高度为300‑500nm，直径为50‑100nm，纳米棒之间的间隔为60‑80nm，本发明的纳米棒阵列与有机层互相穿插形成有序网络结构，可以保证具有较大的光生激子解离面，同时还可以让解离生成的电子和空穴分别在两个传输通道中进行输运，避免了载流子在给体材料颗粒和受体材料颗粒之间跳跃传输，有效地降低电荷复合几率，从而能够获得较高的光电转换效率。

技术领域

本发明涉及一种光伏器件，特别是一种有序异质结光伏器件及其制备方法。

背景技术

太阳能作为一种新型的可再生能源，被认为是新能源中最有发展前途的一种而受到越来越多的关注和研究，光伏技术直接将太阳光转换为电能，并且不会产生噪音、有毒废弃物或温室气体，因此被视为一种很有吸引力的新能源技术。有机-无机复合光伏器件由于结合了有机材料与无机材料两者的优点，被认为是比较理想的光伏器件结构，其工作原理如图1所示：在太阳光的照射下，光伏器件活性层中的有机聚合物材料受到入射光的激发，将光子吸收转换成激子（电子空穴对），激子扩散到给体受体异质结界面时分解成能够自由移动的电子和空穴，然后在电场的作用下，电子空穴向电极漂移扩散从而对外输出电流。

公开号为“104617221A”的专利文献公开了一种有机-无机杂化太阳能电池及其制备方法，其采用的技术方案是：在FTO导电玻璃上生长TiO₂纳米棒阵列，TiO₂纳米棒阵列的表面吸附有三苯胺染料并旋涂P3HT，PEDOT:PSS膜包覆TiO₂纳米棒阵列表面构成空穴传输层，金属Au蒸镀在PEDOT:PSS膜上，此太阳能电池有较高的光电转换效率，但是需要在纳米棒阵列的表面吸附光敏剂，制备工艺复杂，同时增加了成本。

公开号为“103219468B”的专利文献公开了一种有序体相异质结有机太阳能电池及其制备方法，其采用的技术方案是：通过真空沉积或者溶液旋涂沉积得到分子模板层，通过斜角入射真空沉积制备出纳米棒阵列薄膜层后溶液旋涂活性层材料，通过真空沉积电极缓冲层和金属电极，有效地简化了太阳能电池的制备步骤，但是以倾斜角度制备纳米棒阵列，其规整度较差，这会影响光伏器件的转换效率。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明采用模板水热法在ZnO晶种层表面生长有序ZnO纳米棒阵列，并且将ZnO纳米棒与苝类液晶分子复合作为有机无机复合活性层，然后沉积MoO₃界面修饰层及Au电极，从而制成一种结构简单、光电转换效率好的有序异质结光伏器件。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种有序异质结光伏器件，由上至下依次为负极层、界面修饰层、光伏活性层、空穴阻挡层、正极层以及衬底。

所述光伏活性层包括有机层和无机层，所述无机层为垂直于所述衬底的、有序的纳米棒阵列，所述有机层填充并覆盖所述纳米棒阵列，所述有机层的顶面与所述衬底平行，所述纳米棒阵列中的纳米棒高度为300-500nm，直径为50-100nm，纳米棒之间的间隔为60-80nm。

所述纳米棒阵列为ZnO纳米棒阵列。

所述有机层由苝类液晶制成。

所述负极层为Au薄膜，厚度为100-150 nm。

所述界面修饰层为MoO3薄膜，厚度为10-50 nm。

所述空穴阻挡层为ZnO薄膜，厚度为10-30 nm。

一种制备所述有序异质结光伏器件的方法，步骤如下：