專利名稱：具有有機小分子混合體異質結的太陽能電池及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光電轉換器件領域，更具體地涉及一種新型的有機小分子太陽能電池 及其制備方法。
背景技術：
隨著不可再生能源的逐漸枯竭，人們對于新型可再生綠色能源的開發(fā)和利用的要 求變得越來越迫切。其中太陽能電池憑借其無污染，便捷的來源方式等諸多優(yōu)點被認為是 二十一世紀應對能源危機的最有應用前景和應用價值的綠色能源。近年來，太陽光伏產業(yè) 已經成為世界各國經濟中的最熱的環(huán)節(jié)之一。太陽能電池作為光伏系統(tǒng)的核心模塊，隨著 產業(yè)投資高潮的興起，也迎來了其發(fā)展的春天。目前較為成熟的硅基太陽能電池在光伏產 業(yè)中處于主導地位。但是在過去的幾年中，國際多晶硅的現貨價格飛速增長，一度從2005 年的35美元/公斤攀升到2008年的480美元/公斤，其發(fā)電成本已經超過了石油的成本， 所以硅基太陽能電池目前還沒有大規(guī)模推廣。因此，真正低成本的光伏電池才是解決全球 能源問題的有效途徑之一。有機太陽能電池則被認為是新一代低成本太陽能電池。一方面，其有機材料儲量 豐富，價格低廉；另一方面，與硅材料相比，豐富多樣的有機材料給太陽能電池的制備提供 了近乎無窮無盡的選擇空間。有機太陽能電池從上世紀五十年代開始發(fā)展，至今已經過去 半個世紀了。自從在1985年C. W. Tang第一次將電子給體-電子受體異質結構引入有機太 陽能電池中后，使其能量轉換效率提高到了 1%，人們才真正認識到了有機材料用作太陽能 電池的巨大潛力。二十多年來，固態(tài)有機太陽能電池也已經取得了顯著的進展，但目前還不 能滿足大規(guī)模工業(yè)化的要求了。因此，有機小分子太陽能電池目前面臨的重大科學問題仍 然是其能量轉換效率問題。有機給體-受體異質結結構的引入大大提升了有機太陽能電池的能量轉換效率， 成為了有機太陽能電池器件中的核心結構。但是光生激子只有在擴散到這一界面之后才 能產生自由載流子，然而激子在有機材料中的擴散長度有限(大約lOnm)，所以在有機給 體-受體異質結結構的基礎上改進的體異質結結構，即把給體材料和受體材料在相分離的 基礎上進行混摻，可以有效地解決激子擴散長度短的問題。然而，對于有機小分子太陽能電池，影響其能量轉換效率的一個重要因素是有機 小分子材料對太陽光譜的利用率低。有機小分子太陽能電池對太陽光的吸收主要集中在可 見光波段(380nm 780nm)，例如富勒烯富勒烯C6tl主要吸收波段在350nm 500nm，酞菁銅 CuPc的吸收波段主要在550nm 700nm。所以太陽光在到達地面之后很大部分波段的光子 無法被電池吸收利用并產生光電流輸出。其中紫外波段的光子蘊含了大量的能量，這部分 能量的流失是有機太陽能電池效率的一個較大損失。同時，如果紫外光子的能量不能轉化 為光電流輸出，會對有機太陽能電池產生例如熱效應等不利影響。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種利用下轉換光子調控技術，合理地吸收利 用紫外光子能量，同時結合混合體異質結結構，拓寬激子拆分的區(qū)域，提高激子利用率的有 機小分子混合體異質結太陽能電池，已解決目前的太陽能對太陽光譜的利用率低等問題。解決本發(fā)明的技術問題所采用的技術方案是提供一種具有有機小分子混合體異 質結的太陽能電池，其包括透明絕緣層，在所述透明絕緣層一側依次層疊透明電極層、第一 緩沖層、第一光敏層、第二光敏層、第三光敏層、第二緩沖層和高反射率電極層，以及在所述 透明絕緣層另一側形成下轉換層。在本發(fā)明的太陽能電池中，所述第一光敏層和第三光敏層其中之一采用電子給體 材料且另一個采用電子受體材料，所述第二光敏層為電子給體材料和電子受體材料混合而 成的體異質結。在本發(fā)明的太陽能電池中，所述電子給體材料為酞菁染料、并五苯、嚇啉化合物、 或菁染料中的一種。在本發(fā)明的太陽能電池中，所述電子受體材料為3，4，9，10-茈四酸二酐(簡稱為 PTCDA)、富勒烯C6tl、富勒烯C7tl、二奈嵌苯及其衍生物、無機納米材料、CdSe、CdS、CdTe、Ti02、 SiOJbS、SnO2、碳納米管、或者石墨烯中的一種。在本發(fā)明的太陽能電池中，所述下轉換層選自單摻或雙摻稀土離子的鹵化物、氧 化物、硼酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽或者釩酸鹽中的一種或幾種。在本發(fā)明的太陽能電池中，所述鹵化物為氟化物，所述氟化物為YF3、LiGdF4^KYF4, LiYF4, K2GdF5 或者 BaF2 中的一種。在本發(fā)明的太陽能電池中，所述氧化物選自稀土氧化物、氧化鋅、氧化鋯或復合氧 化物中的一種；所述硼酸鹽為GdBO3或者GdAl3(BO3)4 ；所述釩酸鹽為LaVO4 ；所述單摻或雙 摻的稀土離子選自 Er3+，Tb3+，Eu3+，Pr3+，Tm3+，Gd3+，Nd3+，Tb3+/Yb3，Pr3+/Yb3+, Gd+3/Eu3+, Tm3+/ Yb3+中的一種。在本發(fā)明的太陽能電池中，所述高反射率電極層為金屬薄膜電極或者金屬氧化物 高反射率電極。在本發(fā)明的太陽能電池中，所述金屬薄膜為Au、Ag、Al、Ca-Al或者Mg_Ag，所述金 屬氧化物為ITO或者&10。在本發(fā)明的太陽能電池中，所述第一緩沖層和第二緩沖層為聚(3，4_亞乙二氧基 噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)聚合物導電薄膜或者2，9- 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲咯啉、 Alq3、CuPc, LiF小分子材料。在本發(fā)明的太陽能電池中，所述透明電極層為氧化銦錫透明電極、氧化鋅鋁透明 電極、氧化鋅鎵透明電極、氧化銦鋅透明電極、金薄膜、鋁薄膜、銀薄膜或者碳納米管導電薄 膜中的一種。在本發(fā)明的太陽能電池中，所述透明絕緣層為石英玻璃、硅酸鹽玻璃、高硅氧玻 璃、鈉鈣玻璃、聚氯乙烯、聚碳酸酯或者聚酯中的一種。另外，本發(fā)明還提供了一種制備上述太陽能電池的方法，其包括如下步驟步驟一在透明絕緣層鍍一層金屬氧化物導電薄膜；步驟二采用光刻膠和光刻膠稀釋劑對金屬氧化物導電薄膜進行涂膠，將其光刻腐蝕成透明電極層；步驟三在所述透明電極層上，采用溶膠-凝膠的方法旋涂聚合物薄膜或者采用 蒸鍍方法生長小分子材料形成第一緩沖層；步驟四采用真空蒸鍍在第一緩沖層上面形成第一光敏層；步驟五采用真空蒸鍍在第一光敏層上面形成第二光敏層；步驟六采用真空蒸鍍在第二光敏層上面形成第三光敏層；步驟七在第三光敏層上真空蒸鍍小分子材料或者采用旋涂法制備聚合物薄膜作 為第二緩沖層。步驟八在第二緩沖層上真空蒸鍍金屬薄膜條紋電極或者用濺射法制備金屬氧化 物薄膜電極作為高反射率電極層。步驟九在所述透明絕緣層的另一側采用溶膠-凝膠方法制備一層單摻或雙摻稀 土離子的鹵化物、氧化物、硼酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽、釩酸鹽或者其組合物的薄膜作為下轉換 層，，即可得到所述具有有機小分子混合體異質結的太陽能電池。在本發(fā)明的制備方法中，所述光刻膠和光刻膠稀釋劑的體積比為1 1。在本發(fā)明的制備方法中，所述第一光敏層和第三光敏層其中之一采用電子給體材 料且另一個采用電子受體材料。 在本發(fā)明的制備方法中，步驟五中的第二光敏層為電子給體材料和電子受體材料 混合并具有相分離的體異質結。在本發(fā)明的制備方法中，所述聚合物薄膜為聚(3，4_亞乙二氧基噻吩)_聚(苯乙 烯磺酸)，所述小分子材料為2，9- 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲咯啉、Alq3、CuPc或者LiF 中的一種。與現有技術相比，本發(fā)明的混合體異質結是太陽能電池中光生激子拆分成電子和 空穴的自由載流子，并輸出光電流的主要區(qū)域，在混合體異質結結構中，供激子拆分的界面 面積大大增大，同時較好的相分離提供了高效的載流子傳輸通道，提高了光生激子的利用 率；另外，本發(fā)明的下轉換層可以將高能量的紫紅外光子通過材料中的中間亞穩(wěn)態(tài)，以下轉 換過程，轉換為可以被有機小分子太陽能電池高效吸收的可見光波段光子，其部分過程中 的量子效率將會超過100%，即對應吸收一個光子而產生多個光生載流子的過程，從而提高 有機小分子太陽能電池的能量轉換效率。本發(fā)明基于有機小分子混合異質結結構，利用下 轉換材料的“光譜調控”功能，將不能被電池合理吸收利用的高能量紫外波段光子通過材料 中的中間亞穩(wěn)態(tài)轉換為較低能量的可見光波段光子，并被有機太陽能電池高效吸收利用， 提高了電池的光利用率。而且，將混合異質結結構和下轉換結構結合在一起，可以提高有機太陽能電池的 太陽光譜利用率和激子拆分效率。同時，高反射率電極合理利用，可以調整器件內的光場分 布，從而使得太陽能電池工作在其最佳狀態(tài)。


下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中圖1為本發(fā)明具有有機小分子混合體異質結的太陽能電池的結構示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明提供一種具有有機小分子混合體異質結的太陽能電池，其包 括透明絕緣層1，在所述透明絕緣層1 一側依次層疊透明電極層2、第一緩沖層3、第一光敏 層4、第二光敏層5、第三光敏層6、第二緩沖層7和高反射率電極層8，以及在所述透明絕緣 層1另一側形成下轉換層9。所述透明絕緣層1為石英玻璃、硅酸鹽玻璃、高硅氧玻璃、鈉鈣玻璃等透明玻璃層 中的一種，或者，所述透明絕緣層1為為聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚酯(PET)等透明 絕緣塑膠層中的一種。所述透明電極層2為氧化銦錫(ITO)、氧化鋅鋁(AZO)、氧化鋅鎵(GZO)、氧化銦鋅 (IZO)等氧化物透明電極中的一種，或者為金(Au)薄膜、鋁(Al)薄膜、銀(Ag)薄膜等金屬 薄膜電極或者碳納米管導電薄膜等。所述透明電極層2可以作為電池的陽極或者陰極。所述第一緩沖層3的主要作用是修飾透明電極層2與第一光敏層4之間界面、改 善界面電荷傳輸、阻止水和氧的滲入，同時也有部分阻擋激子的作用。所述第一緩沖層3為 聚(3，4_亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(簡稱為PEDOTPSS)等聚合物導電薄膜或 者2，9- 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲咯啉(簡稱為BCP)、Alq3、CuPc、LiF等小分子材料。所述第一光敏層4、第二光敏層5和第三光敏層6共同組成混合體異質結，該混合 體異質結是整個太陽能電池吸收太陽光產生光電流、光電壓的主要區(qū)域。其中第一光敏層4 和第三光敏層6中任一層采用電子給體材料，則另一層則采用電子受體材料。該電子給體 材料為酞菁染料(CuPC、ZnPC等)、并五苯、嚇啉化合物或菁染料等中的一種；該電子受體材 料為3，4，9，10-茈四酸二酐(簡稱為PTCDA)、富勒烯C6tl、富勒烯C7tl、二奈嵌苯及其衍生物、 無機納米材料、CdSe、CdS、CdTe, TiO2, ZnO, PbS, SnO2、碳納米管或者石墨烯等中的一種。在 第一光敏層4和第三光敏層6之間插入的第二光敏層5為電子給體材料和電子受體材料以 一定比例(質量比1 0. 1 1 10)混合而成的體異質結。這種體異質結構與傳統(tǒng)的單 異質結相比較，其給體-受體界面的面積大大增大了，使得更多的光生激子可以擴散到給 體-受體界面進行拆分而得到自由載流子，從而提高了太陽能電池的光電轉換效率。所述第二緩沖層7與所述第一緩沖層相似，主要起到修飾高放射率電極8與第三 光敏層6之間界面的作用，使其界面更加平整，同時改善界面的電荷注入和輸出；所述第二 緩沖層7為聚(3，4_亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)等聚合物導電薄膜或者BCP、 Alq3、CuPc, LiF等小分子材料。所述高反射率電極8為金屬薄膜(如Au、Ag、Al、Ca-Al、Mg-Ag等)電極或者金屬 氧化物(iT0、ai0)高反射率電極，其可以作為電池的陰極或陽極。所述下轉換層9為單摻或雙摻稀土離子的鹵化物、氧化物、硼酸鹽、硅酸鹽、磷酸 鹽、釩酸鹽或者它們的組合物。其中，商化物優(yōu)選為氟化物，氧化物可以是稀土氧化物、氧化 鋅、氧化鋯或復合氧化物。具體地，該下轉換層的材料例如可以是但不限于單摻或雙摻稀土 離子的 YF3、LiGdF4、KYF4、LiYF4^K2GdF5,BaF2、LaVO4、GdBO3、GdAl3 (BO3) 4。單摻或雙摻的稀土 離子可包括 Er3+，Tb3+，Eu3+，Pr3+，Tm3+，Gd3+，Nd3+，Tb3+/Yb3, Pr3+/Yb3+, GcT/Eu3+，Tm3+/Yb3+。
另外，本發(fā)明還提供了一種制備上述具有有機小分子混合體異質結的太陽能電池 的方法，其包括如下步驟步驟一以石英玻璃或其他透明絕緣材料作為圖1中的透明絕緣層1，并在其一側 濺鍍一層金屬氧化物導電薄膜；步驟二 采用光刻膠和光刻膠稀釋劑(體積比為1 1)對金屬氧化物導電薄膜進 行涂膠，并經過前烘、曝光和顯影等工序，將其光刻腐蝕成所需要的條紋電極圖樣作為透明 電極層2，其可以作為陽極，也可以作為陰極；步驟三在透明電極層2上，采用溶膠-凝膠法旋涂聚(3，4_亞乙二氧基噻吩)_聚 (苯乙烯磺酸)等聚合物薄膜或者采用蒸鍍方法生長BCP、Alq3、CuPc、LiF等小分子材料作 為第一緩沖層；步驟四采用真空蒸鍍在第一緩沖層3上生長電子給體或電子受體材料作為第一 光敏層4;步驟五采用真空蒸鍍通過混摻的方式在第一光敏層4上生長電子給體材料和電 子受體材料以一定比例(質量比1 0. 1 1 10)混合并具有較好相分離的體異質結作 為第二光敏層5 ；步驟六采用真空蒸鍍在第二光敏層5上生長電子受體材料或電子給體材料作為 第三光敏層6 ；步驟七在第三光敏層6上真空蒸鍍Alq3、BCP、CuPc或者LiF等小分子材料或者 采用旋涂法制備聚(3，4_亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)等聚合物薄膜作為第二緩 沖層7;步驟八在第二緩沖層7上真空蒸鍍金屬薄膜條紋電極或者用濺射法制備金屬氧 化物薄膜電極作為高反射率電極層8 ；步驟九在該透明絕緣層1上未鍍膜的一側(另一側)，采用溶膠-凝膠法制備一 層單摻或雙摻稀土離子的鹵化物、氧化物、硼酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽、釩酸鹽或者它們的組合 物薄膜作為下轉換層9，，即可得到所述具有有機小分子混合體異質結的太陽能電池。以下通過多個實施例來舉例說明的不同組成和其制備方法等方面。實施例1一種具有有機小分子混合體異質結的太陽能電池結構如圖1所示，其中，該透明 絕緣層1采用石英玻璃；透明電極層2采用ITO條紋電極，其方塊電阻為15歐姆/ 口 ；第 一緩沖層3采用聚(3，4_亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)聚合物薄膜；第一光敏層4 采用酞菁銅薄膜；第二光敏層5采用酞菁銅(CuPc)和富勒烯C6tl混蒸；第三光敏層6采用 富勒烯C6tl薄膜；第二緩沖層7采用薄膜；高反射率電極層8采用鋁薄膜電極；下轉換 層9采用Eu3+摻雜的LiGdF4功能薄膜。其具體制備方法如下(1)首先采用濺射法在石英玻璃一側生長一層ITO導電薄膜，石英玻璃的厚度 1. lmm, ITO 薄膜厚度為 100nm_120nm ；(2)將ITO導電薄膜光刻蝕成所需要的條紋電極圖樣作為太陽能電池的陽極；(3)整個ITO玻璃基板通過無水甲醇、丙酮的擦洗，并在去離子水中超聲清洗 1-1. 5小時，之后將ITO玻璃基板在150°C的高溫爐中烘烤15分鐘；
(4)在ITO透明電極上采用溶膠-凝膠的方法，旋涂聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)_聚 (苯乙烯磺酸)薄膜，旋涂轉速5000rpm，其薄膜厚度為30-40nm，并將樣品置入烘箱內，在 80-90°C烘烤 20-30 分鐘；(5)將樣品從烘箱中取出，并送入真空蒸鍍系統(tǒng)的生長腔中，其真空度為 10_8-10_7Torr，采用真空蒸鍍的方式生長酞菁銅(CuPc)電子給體層，其厚度為20-30nm，生 長速率為 0. 01-0. 05nm/s ；(6)在酞菁銅薄膜之上，按照質量比1 0.5的比例混合生長酞菁銅和富勒烯C6tl 的混蒸層，酞菁銅生長速率0. 01-0. 05nm/s,富勒烯C6tl生長速率0. 02-0. 05nm/s，其混蒸層 厚度為10-15nm，形成給體材料和受體材料的混合異質結；(7)在酞菁銅富勒烯C6tl薄膜之上真空蒸鍍富勒烯C6tl電子受體層，厚度為 30-40nm,生長速率為 0. 01-0. 05nm/s ；(8)在富勒烯C6tl薄膜之上真空蒸鍍八羥基喹啉鋁(Alq3)，厚度為5-8nm，生長速率 為 0.01-0. 03nm/s ；(9)在Alq3薄膜之上，輔以條紋掩膜板真空蒸鍍100-120nm厚度鋁條紋電極作為 太陽能電池的陰極；(10)在石英玻璃未鍍膜的一側，采用溶膠-凝膠方法制備一層Eu3+摻雜的LiGdF4 薄膜，厚度為500-600nm，最后整個器件在110-120攝氏度退火10-20分鐘，即可得具有有機 小分子混合體異質結的太陽能電池。實施例2一種具有有機小分子混合體異質結的太陽能電池結構如圖1所示，其中，該透明 絕緣層1采用石英玻璃；透明電極層2采用鋁條紋電極；第一緩沖層3采用Alq3薄膜；第一 光敏層4采用富勒烯C6tl薄膜；第二光敏層5采用酞菁銅和富勒烯C6tl混摻薄膜；第三光敏 層6采用酞菁銅薄膜；第二緩沖層7采用LiF薄膜；高反射率電極層8采用金薄膜電極；下 轉換層9采用Eu3+摻雜的LiGdF4功能薄膜。其具體制備方法如下(1)首先采用真空蒸鍍的方法在厚度為1. Imm的石英玻璃一側輔以條紋電極掩膜 板蒸鍍一層鋁條紋半透明電極薄膜，其厚度為8-lOnm，生長速率為0. 01nm/s,作為太陽能 電池的陰極；(2)將蒸鍍有鋁條紋電極的石英玻璃襯底送入真空蒸鍍系統(tǒng)的生長腔中，其真空 度為10_8-10_7Torr，采用真空蒸鍍的方式生長八羥基喹啉招，其厚度為6-lOnm，生長速率為 0.02-0. 04nm/s ；(3)在八羥基喹啉鋁薄膜之上，真空蒸鍍富勒烯C6tl電子受體層，厚度為35-45nm， 生長速率為0. 02-0. 06nm/s ；(4)按照質量比為1 1的比例混摻生長CuPc和富勒烯C6tl的混蒸層，CuPc生長 速率0. 02-0. 06nm/s,富勒烯C6tl生長速率0. 02-0. 06nm/s,其混蒸層厚度為10_15nm，形成 給體和受體材料的混合異質結；(5)在CuPc 富勒烯C6tl薄膜之上真空蒸鍍CuPc電子給體層，厚度為25-35nm，生 長速率為 0. 02-0. 06nm/s ；(6)在CuPc薄膜之上，真空蒸鍍LiF陽極緩沖層，厚度為0. 5nm,生長速率0.01-0. 02nm/s ；(7)在LiF陽極緩沖層之上，輔以條紋掩膜板真空蒸鍍40-60nm厚度金條紋電極， 生長速率為0. 03nm/s，作為太陽能電池的陽極；(8)在石英玻璃未鍍膜的一側，采用溶膠-凝膠方法制備一層Eu3+摻雜的LiGdF4 薄膜，厚度為^0-650nm，最后整個器件在100-120攝氏度退火15-20分鐘，即可得具有有機 小分子混合體異質結的太陽能電池。本發(fā)明的太陽能電池中，太陽光從下轉換層9 一側入射，經過下轉換過程，將紫外 部分高能光子轉換為可見光波段光子，透過透明絕緣層1和透明電極層2，由有機小分子太 陽能電池的光敏層混合體異質結吸收并轉換為自由載流子，經由載流子傳輸層導出，形成 光電流；透射過電池的部分太陽光經由高反射率電極層8反射后再次經歷光敏層的吸收利 用，增加了電池對太陽光能量的吸收。本發(fā)明的混合體異質結是太陽能電池中光生激子拆分成電子和空穴的自由載流 子，并輸出光電流的主要區(qū)域，在混合體異質結結構中，供激子拆分的界面面積大大增大， 同時較好的相分離提供了高效的載流子傳輸通道，提高了光生激子的利用率；另外，本發(fā)明 的下轉換層可以將高能量的紫外光子通過材料中的中間亞穩(wěn)態(tài)，以下轉換過程，轉換為可 以被有機小分子太陽能電池高效吸收的可見光波段光子，其部分過程中的量子效率將會超 過100%，即對應吸收一個光子而產生多個光生載流子的過程，從而提高有機小分子太陽能 電池的能量轉換效率。本發(fā)明基于有機小分子混合異質結結構，利用下轉換材料的“光譜調 控”功能，將不能被電池合理吸收利用的高能量紫外波段光子通過材料中的中間亞穩(wěn)態(tài)轉 換為較低能量的可見光波段光子，并被有機太陽能電池高效吸收利用，提高了電池的光利 用率。例如Eu3+摻雜的LiGdF4下轉換薄膜功能層對273nm波長的紫外光有強烈的吸收，受 紫外光激發(fā)的Eu3+摻雜的LiGdF4體系的發(fā)射峰位有兩個，一個在554nm波段，一個在614nm 波段，這兩個波段的光子都可以較高效率地被有機半導體材料吸收利用。同時本發(fā)明也避 免了由于紫外部分光子不能被合理利用而產生的載流子熱效應，從而可以提升太陽能電池 的光電轉換性能。而且，將混合異質結結構和下轉換結構結合在一起，可以提高有機太陽能電池的 太陽光譜利用率和激子拆分效率。同時，高反射率電極合理利用，可以調整器件內的光場分 布，從而使得太陽能電池工作在其最佳狀態(tài)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種具有有機小分子混合體異質結的太陽能電池，其包括透明絕緣層，其特征在于， 在所述透明絕緣層一側依次層疊透明電極層、第一緩沖層、第一光敏層、第二光敏層、第三 光敏層、第二緩沖層和高反射率電極層，以及在所述透明絕緣層另一側形成下轉換層。
2.如權利要求1所述的具有有機小分子混合體異質結的太陽能電池，其特征在于所 述第一光敏層和第三光敏層其中之一采用電子給體材料且另一個采用電子受體材料，所述 第二光敏層為電子給體材料和電子受體材料混合而成的體異質結。
3.如權利要求2所述的具有有機小分子混合體異質結的太陽能電池，其特征在于所 述電子給體材料為酞菁染料、并五苯、嚇啉化合物、或菁染料中的一種。
4.如權利要求2所述的具有有機小分子混合體異質結的太陽能電池，其特征在于所 述電子受體材料為3，4，9，10-茈四酸二酐、富勒烯C6tl、富勒烯C7tl、二奈嵌苯及其衍生物、無 機納米材料、CdSe, CdS、CdTe, TiO2, ZnO, PbS、SnO2、碳納米管、或者石墨烯中的一種。
5.如權利要求1所述的具有有機小分子混合體異質結的太陽能電池，其特征在于所 述下轉換層選自單摻或雙摻稀土離子的商化物、氧化物、硼酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽或者釩酸 鹽中的一種或幾種。
6.如權利要求5所述的具有有機小分子混合體異質結的太陽能電池，其特征在于所 述鹵化物為氟化物，所述氟化物為YF3、LiGdF4、KYF4、LiYF4、K2GdF5或者BaF2中的一種。
7.如權利要求5所述的具有有機小分子混合體異質結的太陽能電池，其特征在于所 述氧化物選自稀土氧化物、氧化鋅、氧化鋯或復合氧化物中的一種；所述硼酸鹽為GdBO3或 者GdAl3 (BO3) 4 ；所述釩酸鹽為LaVO4 ；所述單摻或雙摻的稀土離子選自Er3+，Tb3+，Eu3+，pr3+, Tm3+，Gd3+，Nd3+，Tb3VYb3, pr3+/Yb3+, Gd+3/Eu3+，Tm3+/Yb3+ 中的一種。
8.如權利要求1所述的具有有機小分子混合體異質結的太陽能電池，其特征在于所 述高反射率電極層為金屬薄膜電極或者金屬氧化物高反射率電極。
9.如權利要求1所述的具有有機小分子混合體異質結的太陽能電池，其特征在于所 述金屬薄膜為Au、Ag、Al、Ca-Al或者Mg-Ag，所述金屬氧化物為ITO或者加0。
10.如權利要求1所述的具有有機小分子混合體異質結的太陽能電池，其特征在于所 述第一緩沖層和第二緩沖層為聚(3，4_亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)聚合物導電 薄膜或者2，9- 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲咯啉、Alq3、CuPc, LiF小分子材料。
11.如權利要求1所述的具有有機小分子混合體異質結的太陽能電池，其特征在于所 述透明電極層為氧化銦錫透明電極、氧化鋅鋁透明電極、氧化鋅鎵透明電極、氧化銦鋅透明 電極、金薄膜、鋁薄膜、銀薄膜或者碳納米管導電薄膜中的一種。
12.如權利要求1所述的具有有機小分子混合體異質結的太陽能電池，其特征在于所 述透明絕緣層為石英玻璃、硅酸鹽玻璃、高硅氧玻璃、鈉鈣玻璃、聚氯乙烯、聚碳酸酯或者聚 酯中的一種。
13.一種具有有機小分子混合體異質結的太陽能電池的制備方法，其包括如下步驟 步驟一在透明絕緣層鍍一層金屬氧化物導電薄膜；步驟二 采用光刻膠和光刻膠稀釋劑對金屬氧化物導電薄膜進行涂膠，將其光刻腐蝕 成透明電極層；步驟三在所述透明電極層上，采用溶膠-凝膠的方法旋涂聚合物薄膜或者采用蒸鍍 方法生長小分子材料形成第一緩沖層；步驟四采用真空蒸鍍在第一緩沖層上面形成第一光敏層； 步驟五采用真空蒸鍍在第一光敏層上面形成第二光敏層； 步驟六采用真空蒸鍍在第二光敏層上面形成第三光敏層；步驟七在第三光敏層上真空蒸鍍小分子材料或者采用旋涂法制備聚合物薄膜作為第二緩沖層。步驟八在第二緩沖層上真空蒸鍍金屬薄膜條紋電極或者用濺射法制備金屬氧化物薄 膜電極作為高反射率電極層。步驟九在所述透明絕緣層的另一側采用溶膠-凝膠方法制備一層單摻或雙摻稀土離 子的鹵化物、氧化物、硼酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽、釩酸鹽或者其組合物的薄膜作為下轉換層， 即可得到所述具有有機小分子混合體異質結的太陽能電池。
14.如權利要求13所述的制備方法，其特征在于在步驟二中，所述光刻膠和光刻膠稀 釋劑的體積比為1 1。
15.如權利要求13所述的制備方法，其特征在于所述第一光敏層和第三光敏層其中 之一采用電子給體材料且另一個采用電子受體材料。
16.如權利要求13所述的制備方法，其特征在于在步驟五中，所述第二光敏層為電子 給體材料和電子受體材料混合并具有相分離的體異質結。
17.如權利要求13所述的制備方法，其特征在于所述聚合物薄膜為聚(3，4_亞乙二 氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)，所述小分子材料為2，9- 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲咯 啉、Alq3、CuPc或者LiF中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有有機小分子混合體異質結的太陽能電池，其包括透明絕緣層，在所述透明絕緣層一側依次層疊透明電極層、第一緩沖層、第一光敏層、第二光敏層、第三光敏層、第二緩沖層和高反射率電極層，以及在所述透明絕緣層另一側形成下轉換層；本發(fā)明將混合體異質結和下轉換層結合在一起，可以提高有機太陽能電池的太陽光譜利用率和激子拆分效率，同時，高反射率電極合理利用，可以調整器件內的光場分布，從而使得太陽能電池工作在其最佳狀態(tài)；本發(fā)明還涉及了一種制備上述太陽能電池的方法。
文檔編號H01L51/48GK102148331SQ20101011142
公開日2011年8月10日 申請日期2010年2月8日 優(yōu)先權日2010年2月8日
發(fā)明者周明杰, 孫曉宇, 黃杰 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司