[发明专利]金属透明电极及制备方法和构成的有机太阳电池

说明书

本发明公开了金属透明电极及制备方法和构成的有机太阳电池。金属透明电极由超薄Al膜、超薄Ag膜和Ag网格构成；并在金属透明电极上依次排布阴极缓冲层、活性层、阳极缓冲层和背电极构成有机太阳电池。本发明金属透明电极解决了超薄Ag膜与衬底之间附着性差的问题，改善了超薄Ag膜的表面形貌，提高了其光学和电学性能。同时Ag网格结果可以进一步提高金属透明电极的导电性。所得金属透明电极可以取代传统的氧化铟锡(ITO)电极，制备高性能的有机太阳电池器件。

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，具体涉及一种金属透明电极及制备方法和构成的有机太阳电池。

技术背景

目前有机太阳电池使用最广泛的透明电极材料为氧化铟锡(ITO)。ITO具有良好的光学和电学性能，然而由于原材料铟的价格不断上涨，ITO的制备成本升高。此外，ITO的柔韧性较差，弯曲之后导电性能大幅下降。这些缺点限制了ITO在大面积柔性太阳电池器件的应用。为了寻找代替ITO的电极材料，科学家们开发了导电聚合物、碳纳米管、石墨烯薄膜、金属纳米线、超薄金属薄膜等材料作为透明电极。金属薄膜由于具有导电性高、稳定性高、延展性好等特点，使其成为最具前途的取代ITO的材料。

与其他金属相比，Ag具有导电性好(电导率高达1.62μΩcm)、稳定性高、延展性好(仅次于Au)等优点，是制备金属透明电极的首选材料。同时，Ag-Ag电极间形成的光学谐振微腔效应，有利于增强对入射光的捕获，获得较高的光电流。然而，Ag薄膜的导电性和透过率与薄膜的厚度密切相关，其透过率会随着薄膜厚度指数降低。为了获得满足器件要求的光透过率，Ag薄膜的厚度一般很薄。然而由于金属原子在成膜的初始阶段倾向于岛状生长模式，导致厚度太薄时无法形成连续、光滑的Ag薄膜，薄膜方阻较大。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种金属透明电极及制备方法和构成的有机太阳电池。

本发明的技术方案是：

一、一种金属透明电极：

所述金属透明电极由超薄Al膜、超薄Ag膜和Ag网格构成。

所述超薄Al膜的厚度为1-5nm。

所述超薄Ag膜的厚度为5-20nm。

所述Ag网格的厚度为5-30nm，所述的Ag网格的内切圆直径为50-200μm，线宽为5-20μm。

二、一种有机太阳电池：

包括衬底、金属透明电极、阴极缓冲层、光活性层、阳极缓冲层、背电极，所述金属透明电极由超薄Al膜、超薄Ag膜和Ag网格构成。

所述超薄Al膜的厚度为1-5nm。

所述超薄Ag膜的厚度为5-20nm。

所述Ag网格的厚度为5-30nm，Ag网格的大小(直径)为50-200μm，线宽为5-20μm。

所述衬底材料为玻璃或聚酯薄膜；所述阴极缓冲层材料为ZnO；所述光活性层为PTB7-Th和PC₇₁BM的混合膜；所述阳极缓冲层材料为MoO₃；所述背电极材料为Ag。

有益效果

本发明设计的金属透明电极，一方面可以通过超薄Al膜增强超薄Ag膜与衬底之间的附着性，改善超薄Ag膜的形貌，提高其透过率和导电性。另一方面，通过在超薄Ag膜制备Ag网格结构，形成超薄Ag膜/Ag网格复合电极，可以进一步提高金属透明电极的导电性。因此，相比于传统的ITO电极，该金属透明电极不仅具有较好的导电性和柔韧性，同时可以利用Ag薄膜产生的光学微腔效应，调节器件内的光场分布，提高光的利用率，获得高性能的有机太阳电池器件。

附图说明