專利名稱：一種反型結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有機(jī)光電技術(shù)領(lǐng)域有機(jī)太陽能電池的構(gòu)造，具體涉及一種新型有機(jī)小分子反型太陽能電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前人類仍然主要依賴化石燃料來獲取所需要的能源，然而這面臨兩個(gè)不可回 避的問題，化石燃料的不可再生性決定了化石燃料的不斷耗盡，伴隨化石燃料的燃燒釋放 的二氧化碳等氣體引起的溫室效應(yīng)制約了人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，嚴(yán)重惡化了人類的生存環(huán) 境。開發(fā)環(huán)保的新能源刻不容緩。太陽能作為一種取之不盡的綠色能源，備受青睞，成為人們研究新能源的一個(gè)重 要方向。太陽能電池是一種將太陽輻射的能量轉(zhuǎn)換為電能的器件。目前硅太陽能電池的能 量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到24%，但是其生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，限制了他大規(guī)模民用化生產(chǎn)。 有機(jī)太陽能電池制備工藝簡(jiǎn)單，原料成本低廉，可大批量工業(yè)化生產(chǎn)，這些顯著的優(yōu)勢(shì)顯示 出有機(jī)太陽能電池巨大的發(fā)展前景。近年來隨著有機(jī)太陽能電池研究的不斷深入，能量轉(zhuǎn) 化效率快速提升，目前報(bào)道的單層有機(jī)太陽能電池最高的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到7. 3%，但器件的穩(wěn) 定性還需大幅度提高。同有機(jī)聚合物相比，有機(jī)小分子容易合成和提純，因此成本在材料上 比聚合物更便宜。因此有機(jī)小分子太陽能電池也引起的人們的廣泛關(guān)注。但器件穩(wěn)定性也 急需大幅度提高，目前研究結(jié)果認(rèn)為器件的穩(wěn)定性主要有兩個(gè)方面的原因1)有機(jī)材料 在光照情況下的熱老化；2)電池的陰極材料一般采用低功函數(shù)的金屬，低功函數(shù)的金屬薄 膜在容易受到空氣中的水和氧氣等影響，使其導(dǎo)電能力下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，是克服金屬電極被污染的問題。提供一種反型結(jié)構(gòu) 的有機(jī)小分子太陽能電池。本發(fā)明的技術(shù)方案
一種反型結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子太陽能電池，該有機(jī)小分子太陽能電池包括在ITO玻璃 襯底的導(dǎo)電層上依次制備陰極修飾層，有機(jī)小分子電子受體薄膜和電子給體薄膜，陽極修 飾層和金屬電極。陰極修飾層采用低功函數(shù)的金屬材料，厚度為1 2納米；有機(jī)小分子電子受體 薄膜的材料為C6tl或C7tl ；電子給體薄膜的材料為CuPc或Pentacene ；陽極修飾層的材料為 MoO3,厚度為8 10納米。制備陰極修飾層時(shí)，Ca的蒸發(fā)速率為0. 02納米/秒。制備陽極修飾層時(shí)，MoO3的蒸發(fā)速率為0. 2納米/秒。所述的陰極修飾層采用低功函數(shù)的金屬材料包括Ca、Mg、Ce或Ba。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明所述的有機(jī)小分子太陽能電池，采用反型的器件結(jié)構(gòu)， 應(yīng)用高功函數(shù)的金屬Ag作為電極的正極，比傳統(tǒng)的Al電極具有更高的穩(wěn)定性，能夠較好的防止空氣和水分的影響，有效降低了電極的污染；同時(shí)采用Ca作為陰極ITO的修飾層，而 陽極修飾用MoO3取代了傳統(tǒng)太陽能電池的PEDOT PSS修飾層，由于PEDOT PSS具有酸性、 腐蝕性等缺點(diǎn)，容易污染太陽能電池的正極，MoO3在這個(gè)方面則不會(huì)對(duì)器件的電極造成污 染，進(jìn)一步改善了電池電極污染問題，同時(shí)使電池正負(fù)極的功函數(shù)與給、受體材料之間的最 高占據(jù)分子軌道(HOMO)和最低未占據(jù)分子軌道(LUMO)能級(jí)更好的匹配，提高了器件的穩(wěn) 定性。


圖1反型結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。圖中ΙΤ0玻璃襯底1、陰極修飾層2、有機(jī)小分子電子受體薄膜3、電子給體薄膜 4、陽極修飾層5、金屬電極6。圖2器件結(jié)構(gòu)中所用材料的能級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3沒有蒸鍍Ca修飾層和蒸鍍了 Ca修飾層對(duì)器件性能影響的J-V特性曲線。圖中沒有陰極修飾層Ca時(shí)的暗特性曲線(空心正方形);沒有陰極修飾層Ca時(shí)的 亮特性曲線(實(shí)心正方形)；有陰極修飾層Ca時(shí)的暗特性曲線(空心圓圈)；有陰極修飾層Ca 時(shí)的亮特性曲線(實(shí)心圓圈)。圖4不同厚度的MoO3修飾層對(duì)器件性能影響的J-V特性曲線。圖中陽極修飾層Μο03的厚度為O納米(空心五角星);陽極修飾層MoO3的厚度為 3納米(實(shí)心菱形)；陽極修飾層MoO3的厚度為6納米(實(shí)心上三角)；陽極修飾層MoO3的厚 度為10納米(實(shí)心下三角)；陽極修飾層MoO3的厚度為16納米(實(shí)心五角星)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一，一種反型結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子太陽能電池，它包括在ITO玻璃襯底1的 導(dǎo)電層上依次制備陰極修飾層2，有機(jī)小分子電子受體薄膜3，電子給體薄膜4，陽極修飾層 5和金屬電極6。陰極修飾層2的材料采用低功函數(shù)的Ca，厚度為1納米；有機(jī)小分子電子受體薄 膜3的材料為料碳六十C6tl ；電子給體薄膜4的材料為酞菁銅CuPc ；陽極修飾層5的材料為 MoO3,厚度為8納米；金屬電極6作為陽極，材料為Ag。制備陰極修飾層2時(shí)，Ca的蒸發(fā)速率為0. 02納米/秒。制備陽極修飾層5時(shí)，MoO3的蒸發(fā)速率為0. 2納米/秒。一種反型結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子太陽能電池的制備方法，包括以下步驟
步驟一，將ITO襯底1分別浸泡于去離子水、丙酮、乙醇溶液中，用超聲波清洗儀清洗。 清洗干凈后用氮?dú)獯蹈?，將干燥的襯底表面用紫外臭氧(氧等離子體)處理，進(jìn)一步提高襯 底表面的清潔度及ITO表面的功函數(shù)。步驟二，將步驟一中處理完畢的ITO襯底放置在真空腔中的襯底支架的凹槽中， 并將Ca放置在真空腔中的蒸發(fā)源中。步驟三，對(duì)真空腔抽真空，使真空度達(dá)到10_5帕。步驟四，調(diào)節(jié)支架的旋轉(zhuǎn)速度，使旋轉(zhuǎn)速率為0. 25轉(zhuǎn)/秒。步驟五，加熱蒸發(fā)源，控制蒸發(fā)速率為0. 02納米/秒。
步驟六，蒸鍍材料為Ca，厚度為1納米的陰極修飾層2。步驟七，將C6tl放置在真空腔中的蒸發(fā)源中，重復(fù)以上步驟三和四，在陰極修飾層2 上，蒸鍍材料為C6tl，蒸發(fā)速率為0. 2納米/秒，厚度為40納米的的有機(jī)小分子電子受體薄 膜3。步驟八，將CuPc放置在真空腔中的蒸發(fā)源中，重復(fù)以上步驟三和四，在有機(jī)小分 子電子受體薄膜3上，蒸鍍材料為CuPc，蒸發(fā)速率為0. 2納米/秒，厚度為25納米的電子給 體薄膜4。步驟九，將MoO3放置在真空腔中的蒸發(fā)源中，重復(fù)以上步驟三和四，在電子給體薄 膜4上，蒸發(fā)速率為0. 2納米/秒，蒸鍍材料為MoO3,厚度為8納米的陽極修飾層5。步驟十，將Ag放置在真空腔中的蒸發(fā)源上，重復(fù)以上步驟三和四，在陽極修飾層5 上，蒸鍍材料為Ag，蒸發(fā)速率為0. 2納米/秒，厚度為100納米的金屬陽極6。實(shí)施例二，實(shí)施例二與實(shí)施例一區(qū)別為陰極修飾層2的材料為Mg，厚度為2納 米，有機(jī)小分子電子受體薄膜3的材料為料碳七十C7tl，金屬陽極6的材料為Au。實(shí)施例三，實(shí)施例三與實(shí)施例一區(qū)別為陰極修飾層2的材料為Ce，電子給體薄膜4 的材料為并五苯Pentacene，厚度為25納米。實(shí)施例四，實(shí)施例四與實(shí)施例一區(qū)別為陰極修飾層2的材料為Ba，陽極修飾層5 的材料為MoO3,厚度為10納米。
權(quán)利要求
一種反型結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子太陽能電池，其特征是，該有機(jī)小分子太陽能電池包括在ITO玻璃襯底(1)的導(dǎo)電層上依次制備陰極修飾層(2)，有機(jī)小分子電子受體薄膜(3)和電子給體薄膜(4)，陽極修飾層(5)和金屬電極(6)； 陰極修飾層(2)采用低功函數(shù)的金屬材料，厚度為1～2納米；有機(jī)小分子電子受體薄膜(3)的材料為C60或C70；電子給體薄膜(4)的材料為CuPc或Pentacene；陽極修飾層(5)的材料為MoO3，厚度為8～10納米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反型結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子太陽能電池，其特征是，陰極修 飾層(2)采用低功函數(shù)的金屬材料包括Ca、Mg、Ce或Ba。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種反型結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子太陽能電池，涉及一種太陽能電池。該有機(jī)小分子太陽能電池包括在ITO玻璃襯底(1)的導(dǎo)電層上依次制備陰極修飾層(2)，有機(jī)小分子電子受體薄膜(3)和電子給體薄膜(4)，陽極修飾層(5)和金屬電極(6)。陰極修飾層(2)采用低功函數(shù)的金屬材料，厚度為1～2納米；有機(jī)小分子電子受體薄膜(3)的材料為C60或C70；電子給體薄膜(4)的材料為CuPc或Pentacene；陽極修飾層(5)的材料為MoO3，厚度為8～10納米。解決了現(xiàn)有的金屬電極被污染的問題。
文檔編號(hào)H01L51/42GK101997085SQ20101050407
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者卓祖亮, 張福俊, 徐征, 王永生 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)