專利名稱：一種有機薄膜太陽能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子元器件中的有機光電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種有機薄膜太陽能電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
步入21世紀(jì)，傳統(tǒng)燃料能源的日漸減少以及環(huán)境污染的日益突出成為困擾世界經(jīng)濟發(fā)展的主要因素。由于太陽能具有取之不盡，用之不竭，沒有污染的特點，因而其成為各國科學(xué)家開發(fā)和利用的新能源之一。太陽能電池是將太陽能輻射的光能轉(zhuǎn)換為電能的器件。太陽能電池可用來向負載，如電燈、計算機等提供電能。目前用作太陽能電池的材料主要有元素半導(dǎo)體材料、無機陶瓷半導(dǎo)體材料和固溶體。因為無機材料發(fā)展起步早，所以研究比較廣泛。但是由于無機半導(dǎo)體材料本身的加工工藝非常復(fù)雜，材料要求苛刻且不易進行大面積柔性加工，以及某些材料具有毒性，大規(guī)模使用會受到成本和資源分布的限制，使人們在20世紀(jì)70年代起開始探索將一些具有共軛結(jié)構(gòu)的有機化合物應(yīng)用到太陽能電池。有機太陽能電池材料的特點在于有機化合物的種類繁多，有機分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)容易修飾，化合物的制備提純加工簡便，可以制成大面積的柔性薄膜器件，擁有未來成本上的優(yōu)勢以及資源的廣泛分布性。目前，有機薄膜太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率還需進一步提高，這就需首先了解它的基本原理。有機太陽能電池的工作原理是基于半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)的光生伏打效應(yīng)，當(dāng)入射光的光子能量大于光電轉(zhuǎn)換材料的禁帶寬度時，激發(fā)材料內(nèi)部產(chǎn)生激發(fā)子，激子在多種因素導(dǎo)致的靜電勢能作用下在界面處分離產(chǎn)生電子和空穴，電子在受電子材料中進行傳輸， 空穴在供電子材料中進行傳輸，然后電子由陰極收集，空穴由陽極收集，這樣外電路就有電流通過。有機薄膜太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率由開路電壓、短路電流和填充因子三個參數(shù)決定。在由電子給體材料(Donor)和電子受體材料(Acceptor)構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)型有機薄膜太陽能電池中，開路電壓被認為是由Donor的最高分子占有軌道(Η0Μ0)能級和Acc印tor 的最低分子未占有軌道(LUMO)能級的能量差決定的。因此，對于電子給體材料而言，要求其具有較低的Η0Μ0能級，從而獲得較高的開路電壓。同時，由于有機材料的載流子遷移率較低，使得電子和空穴在傳輸中的復(fù)合，降低了激子分離的效率，影響器件的短路電流和填充因子。因此，開發(fā)Η0Μ0能級較低，空穴傳輸性能較好的電子給體材料是提高有機薄膜太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率的重要途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是如何提供一種有機薄膜太陽能電池及其制備方法，該有機薄膜太陽能電池利用一種新型的電子給體材料，該電子給體材料的最高分子占有軌道 (Η0Μ0)能級較低，有利于提高器件的開路電壓，而且具有較好的空穴傳輸能力，能夠平衡器件內(nèi)部兩種載流子的傳輸，提高器件短路電流和填充因子，最終提高有機薄膜太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。同時，該給體材料的合成工藝簡單，可以有效地降低有機薄膜太陽能電池的成本。本發(fā)明所提出的技術(shù)問題是這樣解決的提供一種有機薄膜太陽能電池，包括襯底、陽極層、陰極層、設(shè)置在陽極層和陰極層之間的有機功能層，還包括陽極緩沖層和陰極緩沖層中的一種或兩種，其特征在于，該有機功能層中設(shè)置了有機光電轉(zhuǎn)換層，有機光電轉(zhuǎn)換層為電子給體材料與電子受體材料構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)，電子給體材料具有以下結(jié)構(gòu)骨架
權(quán)利要求
1. 一種有機薄膜太陽能電池，包括襯底、陽極層、陰極層、設(shè)置在陽極層和陰極層之間的有機功能層，還包括陽極緩沖層和陰極緩沖層中的一種或兩種，其特征在于，該有機功能層中設(shè)置了有機光電轉(zhuǎn)換層，有機光電轉(zhuǎn)換層為電子給體材料與電子受體材料構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)，電子給體材料具有以下結(jié)構(gòu)骨架
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機薄膜太陽能電池，其特征在于，所述電子受體層材料包括C6tl及其衍生物，噻吩類材料，PPV衍生物或稠環(huán)芳香化合物，其中，C6tl衍生物包括(6， 6)-苯基-C61-丁酸甲酯、(6，6)-苯基義61-丁酸丁酯或1-(3-甲氧羰基)丙基-1-噻吩基-[6，6]_亞甲基富勒烯，噻吩類材料包括二氰基乙烯基-三聚噻吩或聚(3-氰基-4-己基噻吩)，PPV衍生物包括[氧雜-1，4-亞苯基-1，2- (1-氰基)-亞乙烯基-2，5- 二辛氧-1， 4-亞苯基-1，2-(2-氰基)-亞乙烯基-1，4-亞苯基]聚合物或聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-α -氰基-對苯乙烯撐]，稠環(huán)芳香化合物材料包括3，4，9，10-茈四羧基-雙苯并咪唑或3，4，9，10-茈四甲酸二酐。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機薄膜太陽能電池，其特征在于，所述陽極緩沖層材料為功函數(shù)高的無機化合物或者具有低的最高被占用能級的有機化合物，無機化合物包括三氧化鉬、五氧化二釩或三氧化鎢，有機化合物為酞菁衍生物，萘酞菁衍生物，P卜啉衍生物，芳香二胺化合物或聚合物材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機薄膜太陽能電池，其特征在于，所述陰極緩沖層材料為功函數(shù)低的無機化合物或者具有高的最低未被占用能級的有機化合物，無機化合物包括碳酸銫、氟化鋰、氧化鈣)、氧化鈦或氧化鋅，有機化合物為金屬有機配合物、吡啶類、鄰菲咯啉類、噁二唑類或咪唑類化合物材料中的一種材料。
5.一種有機薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟①對襯底進行超聲清洗，清洗后吹干；②將襯底移入真空蒸發(fā)室中進行陽極層的制備；③采用真空蒸鍍或旋涂的方法制備有機功能層，有機功能層至少包括電子給體層和電子受體層，所述電子給體層材料具有以下結(jié)構(gòu)骨架
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的有機薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，有機功能層的制備方法包括采取在高真空室中蒸鍍的方式和在旋涂機中旋涂成膜的方式，或采取噴涂、自組裝、噴墨打印、絲網(wǎng)印刷、剝離、有機氣相沉積的方式及以上幾種制備方式的組合使用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有機薄膜太陽能電池，包括襯底、陽極層、陰極層、設(shè)置在陽極層和陰極層之間的有機功能層，該有機功能層至少包括有機光電轉(zhuǎn)換層，該有機光電轉(zhuǎn)換層為電子給體材料與電子受體材料構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)，該電子給體材料的最高分子占有軌道(HOMO)能級較低，有利于提高器件的開路電壓，而且具有較好的空穴傳輸能力，可以提高器件短路電流和填充因子，最終提高有機薄膜太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。同時，該給體材料的合成工藝簡單，可以有效地降低有機薄膜太陽能電池的成本。
文檔編號H01L51/46GK102280585SQ20111013268
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者于軍勝, 臧月, 蔣亞東, 黃江 申請人:電子科技大學(xué)