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)：
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(fù) 載，如電燈、計算機等提供電能。傳統(tǒng)的太陽能電池需要大量的高質(zhì)量的無機半導(dǎo)體材料， 如硅、砷化鎵，使得成本很高。盡管多晶硅和無定型硅的應(yīng)用比單晶硅成本低很多，但效率 不高和成本居高不下仍然使得太陽能電池?zé)o法大面積推廣。有機太陽能電池包括染料敏化 太陽能電池和有機薄膜太陽能電池，與染料敏化太陽能電池相比，有機薄膜太陽能電池具 有全固態(tài)、易制作、潛在的低成本、柔性等優(yōu)點，其研究和發(fā)展使太陽能電池低成本化成為 可能，近年受到越來越多的關(guān)注。目前報道的最好的有機薄膜太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率， 已經(jīng)接近商業(yè)化的無定型太陽能電池的效率。有機薄膜太陽能電池的效率長期以來一直很低的原因是與它的基本物理過程分 不開的。太陽光照射到無機半導(dǎo)體上時，無機半導(dǎo)體中會產(chǎn)生自由載流子，這些自由載流子 在摻雜濃度和摻雜類型不同的半導(dǎo)體之間形成的內(nèi)建電場的作用下發(fā)生分離，在外電路中 形成電流。而當(dāng)光照射到有機半導(dǎo)體材料上時，有機半導(dǎo)體中通常不會形成自由載流子，而 是先形成電子_空穴對(激子)。要利用有機材料得到光電流就必須使這些由光激發(fā)得到 的激子被拆開，否則這些激子將通過輻射或非輻射的方式退激發(fā)。具有不同能級結(jié)構(gòu)的兩 種有機材料的界面被認(rèn)為是拆分激子的地方，因此由光激發(fā)產(chǎn)生的激子必須首先擴散到界 面才能最大程度地拆分激子。最為典型的的有機薄膜太陽能電池是由具有不同能級結(jié)構(gòu)的兩種有機半導(dǎo)體材 料形成的雙層結(jié)構(gòu)，與無機太陽能電池中的P/N結(jié)結(jié)構(gòu)類似。在這種結(jié)構(gòu)中，內(nèi)建電場被認(rèn) 為是Donor (電子給體)的HOMO (最高分子占有軌道)和Acc印tor (電子受體)的LUMO (最 低分子未占有軌道)的能量差形成的。之后有各種提高有機薄膜太陽能電池效率的方案， 如摻雜有機材料，選用具有更長激子擴散長度的材料、將聚合物材料混合在一起以及采用 不同的器件結(jié)構(gòu)三層(P-I-N)結(jié)構(gòu)、多個電池串聯(lián)結(jié)構(gòu)等。在這些方案中，結(jié)構(gòu)的重要性 是顯而易見的。在本發(fā)明中，我們利用磁性多壁碳納米管和磁性單壁碳納米管制備了新結(jié) 構(gòu)的有機薄膜太陽能電池，增加了有機薄膜太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。

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 太陽能電池克服了現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，增加了器件中激子產(chǎn)生的數(shù)量以及將界面處 的電子和空穴傳輸?shù)诫姌O層的能力，提高了有機薄膜太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。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，有機功能層至少包括電子給體層和電子受體層，所述有機功能層還包括陽極緩沖層、界面層和陰極緩沖層中的一種 或多種，其特征在于，所述電子給體層和電子受體層由以下三種方式中的一種構(gòu)成①電子 給體層由電子給體材料和磁性多壁碳納米管的混合體系構(gòu)成或由長短不一的磁性多壁碳 納米管構(gòu)成，電子受體層由電子受體材料構(gòu)成；②電子給體層由電子給體材料構(gòu)成，電子受 體層由電子受體材料和磁性單壁碳納米管的混合體系構(gòu)成或由長短不一的磁性單壁碳納 米管構(gòu)成；③電子給體層由電子給體材料和磁性多壁碳納米管的混合體系構(gòu)成或由長短不 一的磁性多壁碳納米管構(gòu)成，電子受體層由電子受體材料和磁性單壁碳納米管的混合體系 構(gòu)成或由長短不一的磁性單壁碳納米管構(gòu)成，所述磁性多壁碳納米管和磁性單壁碳納米管 的長度方向垂直于陽極層表面，電子給體層和電子受體層的混合體系中磁性多壁碳納米管 和磁性單壁碳納米管的長度分別大于電子給體材料或電子受體材料的厚度并且小于電子 給體層和電子受體層的總厚度。按照本發(fā)明所提供的有機薄膜太陽能電池，其特征在于，所述電子給體層的混合 體系中電子給體材料與磁性多壁碳納米管的質(zhì)量比和電子受體層的混合體系中電子受體 材料與磁性單壁碳納米管的質(zhì)量比均為10 1 1 10。按照本發(fā)明所提供的有機薄膜太陽能電池，其特征在于，所述磁性多壁碳納米管 和磁性單壁碳納米管的長度差值均小于或等于50nm。按照本發(fā)明所提供的有機薄膜太陽能電池，其特征在于，所述磁性多壁碳納米管 和磁性單壁碳納米管的長度均小于或等于150nm。按照本發(fā)明所提供的有機薄膜太陽能電池，其特征在于，所述磁性多壁碳納米管 和磁性單壁碳納米管的直徑均小于或等于80nm。按照本發(fā)明所提供的有機薄膜太陽能電池，其特征在于，所述磁性多壁碳納米管 和磁性單壁碳納米管的表面均勻附著有磁性納米顆粒，所述磁性納米顆粒為直徑小于或等 于20nm的納米Fe3O4粒子、納米、-Fe2O3粒子、堿土金屬鐵氧體顆粒或其他納米級尺寸的鐵 氧體粒子、屬于Al-Ni-Co體系的AlNiCo合金顆粒、屬于Sm-Co體系的合金顆粒、屬于Pt-Co 體系的合金顆粒、屬于Nd-Fe-B體系的合金顆粒及其混合物，以及其他納米磁性粒子如鈷 粒子、鐵粒子、鎳粒子等。按照本發(fā)明所提供的有機薄膜太陽能電池，其特征在于，所述陽極緩沖層材料包 括聚(3，4_亞乙二氧噻吩)聚苯乙烯基苯磺酸(PED0T PSS)或者4，4，，4”_三(N-3-甲 基苯基-N-苯基-氨基)三苯胺(m-MTDATA)或三氧化鉬(MoO3)或五氧化二釩(V2O5)或三 氧化鎢(WO3)等化合物中的一類。按照本發(fā)明所提供的有機薄膜太陽能電池，其特征在于，所述電子給體層材料為 噻吩類材料，聚對苯乙炔(PPV)及其衍生物，芳香胺類材料，稠環(huán)芳香化合物和酞菁染料， 其中噻吩類材料包括5-乙烯基-2-四聚噻吩(V4T)、5_乙烯基-五聚噻吩(V5T)、α，α - 二 (2，2_ 二氰基乙烯)-五聚噻吩(DCV5T)、[2，6-(4，4-二-(2-乙基己基)-4Η-環(huán)戊烯[2， Ι-b ；3,4-b' ]-二噻吩)-交替_4，7-(2，1，3-苯并噻二唑)]共聚物(PCPDTBT)、(5，5-二辛 基-[2，2' ；5'，2”;5”，2]四聚噻吩)_交替_(2，7_芴-9-酮)]共聚物(PQTF8)、聚(3-烷 基噻吩)(P3AT)、3_己基取代聚噻吩(P3HT)，PPV衍生物包括聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧 基)-1，4-苯撐乙烯撐](MEH-PPV)，聚[2-甲氧基，5- (3，7- 二甲基-辛氧基)-對苯乙烯撐] (MDMO-PPV)，芳香胺類材料包括N，N' -二苯基-N，N' -二(3-甲基苯基)-1，1 ‘-聯(lián)苯_4，
54' -二胺(TPD)，稠環(huán)芳香化合物包括并四苯(Tetracene)、并五苯(Pentacene)，酞菁染料 包括酞菁?xì)?H2Pc)、亞酞菁(SubPc)、酞菁銅(CuPc)、酞菁鋅(ZnPc)、酞菁錫(SnPc)。按照本發(fā)明所提供的有機薄膜太陽能電池，其特征在于，界面層材料是具有高量 子效率熒光特性的有機小分子化合物或高分子聚合物，其中，有機小分子化合物能夠用真 空蒸鍍方法成膜，如N，N’ -雙(3-萘基)-N，N’ - 二苯基_[1，1’ - 二苯基]_4，4’ - 二胺 (NPB)、9，10-二-(2-萘基)蒽(ADN)、喹吖啶酮(QA)、2_{2_ 叔丁基 _6-[2_(1，1，7，7，-四 甲基)-2，3，6，7-四氫-1H，5H-吡啶并[3，2，l_ij]喹啉9-基]-乙烯基}_吡喃_4_內(nèi)鐺 鹽烯}_丙二腈(DCJTB)、8-羥基喹啉鋁(Alq3)、紅熒烯(Rubrene)，高分子聚合物能夠用旋 涂和噴墨打印等方法成膜，如聚對苯撐乙烯(PPV)、聚噻吩(PTV)。按照本發(fā)明所提供的有機薄膜太陽能電池，其特征在于，所述電子受體層材料 為C60及其衍生物，噻吩類材料，PPV衍生物，稠環(huán)芳香化合物，C60衍生物包括(6，6)-苯 基-C61-丁酸甲酯(PCBM)、(6，6)_苯基-C61-丁酸丁酯(PCBB)、1-(3-甲氧羰基)丙 基-1-噻吩基_[6，6]_亞甲基富勒烯(ThCBM)，噻吩類材料包括二氰基乙烯基-三聚噻吩 (DCV3T)、聚(3-氰基-4-己基噻吩)(P3CN4HT)，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(CN-Ether-PPV)、聚[2-甲氧基_5_ (2_乙基己氧基)_ α -氰基-對苯乙烯撐] (MEH-CN-PPV)，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(PTCBI) ,3,4, 9，10-茈四甲酸二酐(PTCDA)。按照本發(fā)明所提供的有機薄膜太陽能電池，其特征在于，所述陰極緩沖層材料是 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，其中 金屬有機配合物包括8-羥基喹啉鋁(Alq3)或者二(2-甲基-8-喹啉并)-4-(苯基苯酚) 鋁(BAlq)，吡啶類化合物包括三[2，4，6_三甲基_3-(吡啶-3-yl)苯基]-硼烷(3TPYMB)， 鄰菲咯啉類化合物包括2，9_ 二甲基-4，7-聯(lián)苯-1，10-鄰二氮雜菲(BCP)或者4，7_聯(lián) 苯-1，10-鄰二氮雜菲(BPhen)，噁二唑類電子傳輸材料是2_(4_ 二苯基)-5_(4_叔丁苯 基)-1，3，4_噁二唑(PBD)或者1，3_ 二 [(4-三元胺-丁基苯基)-1，3，4-重氮基酸-511] 苯(0XD-7)，咪唑類化合物是1,3, 5-H (N-苯基-苯并咪唑_2)苯(TPBI)。按照本發(fā)明所提供的有機薄膜太陽能電池，其特征在于，所述襯底是玻璃或者柔 性基片或者金屬薄片，其中柔性基片是超薄的固態(tài)薄片、聚酯類或聚酞亞胺類化合物；所述 陽極層是無機金屬氧化物薄膜或者金屬薄膜，其中無機金屬氧化物薄膜是氧化銦錫(ITO) 薄膜或者氧化鋅(ZnO)薄膜或氧化錫鋅薄膜，金屬薄膜是金、銅、銀的金屬薄膜；所述陽極 層材料也可以是聚(3，4_亞乙二氧噻吩)聚苯乙烯基苯磺酸(PED0T PSS)或者聚苯胺 (PANI)類的有機導(dǎo)電聚合物；所述陰極層包括鋰、鎂、鈣、鍶、鋁、銦、銀等功函數(shù)較低的金 屬薄膜或者它們的合金薄膜。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利用丙酮、乙醇溶液和去離子水對襯底進行超聲清洗，清洗后用干燥氮氣吹 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，所述有機功能層還包括陽極緩沖層、界面層和陰極緩沖層中的一種或多種，其中所述電子給體層和電子受體層由以下三種方式中的一種構(gòu)成①電子給體層由電子 給體材料和磁性多壁碳納米管的混合體系構(gòu)成或由長短不一的磁性多壁碳納米管構(gòu)成，電 子受體層由電子受體材料構(gòu)成；②電子給體層由電子給體材料構(gòu)成，電子受體層由電子受 體材料和磁性單壁碳納米管的混合體系構(gòu)成或由長短不一的磁性單壁碳納米管構(gòu)成；③電 子給體層由電子給體材料和磁性多壁碳納米管的混合體系構(gòu)成或由長短不一的磁性多壁 碳納米管構(gòu)成，電子受體層由電子受體材料和磁性單壁碳納米管的混合體系構(gòu)成或由長短 不一的磁性單壁碳納米管構(gòu)成，所述電子給體層和電子受體層的混合體系中磁性多壁碳納 米管和磁性單壁碳納米管的長度分別大于電子給體材料或電子受體材料的厚度并且小于 電子給體層和電子受體層的總厚度，在制備含磁性多壁碳納米管的電子給體層和含磁性單 壁碳納米管的電子受體層時采用旋涂的方式，在旋涂時在垂直于襯底表面的方向上施加磁 場，使磁性多壁碳納米管和磁性單壁碳納米管的長度方向垂直于陽極層表面；④保持上述真空壓力不變，在有機功能層制備結(jié)束后在真空室中進行陰極的制 備；⑤將做好的器件傳送到手套箱進行封裝，手套箱為氮氣氛圍。按照本發(fā)明所提供的有機薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述有機薄 膜太陽能電池的制備過程不僅可以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，而且還可以采取噴涂、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。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的有機薄膜太陽能電池中的電子給體層和電子受體層 采用界面為不平整的表面，增加了電子給體層和電子受體層界面的面積，能使更多的激子 到達(dá)分離界面；同時，磁性多壁碳納米管和磁性單壁碳納米管的引入，增加了器件內(nèi)D-A界 面處內(nèi)建電場，有利于激子的分離；另外，磁性多壁碳納米管和磁性單壁碳納米管具有高的 可見光透過率、低電阻的特點，增加了有機薄膜太陽能電池中激子產(chǎn)生的數(shù)量以及將界面 處的電子和空穴傳輸?shù)诫姌O層的能力，提高了有機薄膜太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。


圖1是本發(fā)明所提供的有機薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所提供的實施例1-2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明所提供的實施例3-4的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明所提供的實施例5-6的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明所提供的實施例7-8的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明所提供的實施例9-10的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明所提供的實施例11-12的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明所提供的實施例13的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明所提供的實施例14-15的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1、襯底，2、陽極層，3、有機功能層，30、陽極緩沖層，31、電子給體層，32、界面 層，33、電子受體層，34、陰極緩沖層，4、陰極層。圖10是本發(fā)明所提供的所有實施例中正置和倒置型器件的各有功能層厚度的標(biāo) 識其中，圖10(a)是正置型器件各有機功能層厚度的標(biāo)識圖，其中，al、陽極緩沖層 厚度，bl、電子給體層厚度，Cl、界面層厚度，dl、電子受體層厚度，el、陰極緩沖層厚度；圖10(b)是倒置型器件各有機功能層厚度的標(biāo)識圖，其中，a2、陰極緩沖層厚度， b2、電子受體層厚度，c2、界面層厚度，d2、電子給體層厚度，e2、陽極緩沖層厚度。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案是如何提供一種電子給體層和電子受體層含磁性多壁碳納米 管和磁性單壁碳納米管的有機薄膜太陽能電池及其制備方法，如圖2所示，器件的結(jié)構(gòu)包 括襯底1，陽極層2，有機功能層3，陰極層4，其中陽極層2位于襯底1表面，有機功能層3 位于陽極層2和陰極層4之間，有機功能層3包括陽極緩沖層30、電子給體層31、界面層32 和電子受體層33，器件在光照下電極產(chǎn)生電壓。如圖3所示，器件的結(jié)構(gòu)包括襯底1，陽極層2，有機功能層3，陰極層4，其中陰極 層4位于襯底1表面，有機功能層3位于陽極層2和陰極層4之間，有機功能層3包括陽極 緩沖層30、電子給體層31、界面層32和電子受體層33，器件在光照下電極產(chǎn)生電壓。如圖4所示，器件的結(jié)構(gòu)包括襯底1，陽極層2，有機功能層3，陰極層4，其中陽極 層2位于襯底1表面，有機功能層3位于陽極層2和陰極層4之間，有機功能層3包括陽極 緩沖層30、電子給體層31和電子受體層33，器件在光照下電極產(chǎn)生電壓。如圖5所示，器件的結(jié)構(gòu)包括襯底1，陽極層2，有機功能層3，陰極層4，其中陰極 層4位于襯底1表面，有機功能層3位于陽極層2和陰極層4之間，有機功能層3包括陽極 緩沖層30、電子給體層31和電子受體層33，器件在光照下電極產(chǎn)生電壓。如圖6所示，器件的結(jié)構(gòu)包括襯底1，陽極層2，有機功能層3，陰極層4，其中陽極 層2位于襯底1表面，有機功能層3位于陽極層2和陰極層4之間，有機功能層3包括電子 給體層31、電子受體層33和陰極緩沖層34，器件在光照下電極產(chǎn)生電壓。如圖7所示，器件的結(jié)構(gòu)包括襯底1，陽極層2，有機功能層3，陰極層4，其中陰極 層4位于襯底1表面，有機功能層3位于陽極層2和陰極層4之間，有機功能層3包括電子 給體層31、電子受體層33和陰極緩沖層34，器件在光照下電極產(chǎn)生電壓。如圖8所示，器件的結(jié)構(gòu)包括襯底1，陽極層2，有機功能層3，陰極層4，其中陽極 層2位于襯底1表面，有機功能層3位于陽極層2和陰極層4之間，有機功能層3包括電子 給體層31和電子受體層33，器件在光照下電極產(chǎn)生電壓。如圖9所示，器件的結(jié)構(gòu)包括襯底1，陽極層2，有機功能層3，陰極層4，其中陰極 層4位于襯底1表面，有機功能層3位于陽極層2和陰極層4之間，有機功能層3包括電子 給體層31和電子受體層33，器件在光照下電極產(chǎn)生電壓。本發(fā)明中的有機薄膜太陽能電池中襯底1為電極和有機薄膜層的依托，它在可見 光區(qū)域有著良好的透光性能，有一定的防水汽和氧氣滲透的能力，有較好的表面平整性，它 可以是玻璃或柔性基片，柔性基片采用聚酯類、聚酞亞胺化合物中的一種材料或者較薄的
^^ I^l ο本發(fā)明的有機薄膜太陽能電池中陽極層2要求有較好的導(dǎo)電性能，可見光透明 性以及較高的功函數(shù)，包括無機金屬氧化物薄膜或者金屬薄膜，其中無機金屬氧化物薄 膜是氧化銦錫(ITO)薄膜或者氧化鋅(ZnO)薄膜或氧化錫鋅薄膜，金屬薄膜是金、銅、銀
8的金屬薄膜；所述陽極層材料也可以是聚(3，4_亞乙二氧噻吩)聚苯乙烯基苯磺酸 (PED0T PSS)或者聚苯胺(PANI)類的有機導(dǎo)電聚合物。本發(fā)明的有機薄膜太陽能電池中陰極層4要求具有較好的導(dǎo)電性能和較低的功 函數(shù)，包括鋰、鎂、鈣、鍶、鋁、銦、銀等功函數(shù)較低的金屬薄膜或者它們的合金薄膜。本發(fā)明的有機薄膜太陽能電池中陽極緩沖層30材料包括聚(3，4_亞乙二氧噻 吩)聚苯乙烯基苯磺酸(PED0T PSS)或者4，4，，4” -三(N-3-甲基苯基-N-苯基-氨 基)三苯胺(m-MTDATA)或三氧化鉬(MoO3)或五氧化二釩(V2O5)或三氧化鎢(WO3)等化合 物中的一類。本發(fā)明的有機薄膜太陽能電池中電子給體層31材料為噻吩類材料，聚對苯乙炔 (PPV)及其衍生物，芳香胺類材料，稠環(huán)芳香化合物和酞菁染料，噻吩類材料包括5-乙烯 基-2-四聚噻吩(V4T)、5_乙烯基-五聚噻吩(V5T)、α，α - 二(2，2- 二氰基乙烯)_五聚噻 吩(DCV5T)、[2，6-(4，4-二-(2-乙基己基)-4Η-環(huán)戊烯[2，l_b ;3，4_b‘ ]-二噻吩)_ 交 替-4，7-(2，l，3-苯并噻二唑)]共聚物(PCPDTBT)、(5，5-二辛基-[2，2 ‘ ；5'，2”;5”， 2]四聚噻吩)_交替-(2，7-芴-9-酮)]共聚物(PQTF8)、聚(3-烷基噻吩)(P3AT)、3_己 基取代聚噻吩(P3HT)，PPV衍生物包括聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)_1，4-苯撐乙烯 撐](MEH-PPV)，聚[2-甲氧基，5-(3，7-二甲基-辛氧基)-對苯乙烯撐](MDMO-PPV)，芳 香胺類材料包括N，N' - 二苯基-N，N' -二(3-甲基苯基)-1，1'-聯(lián)苯-4，4' -二胺 (TPD)，稠環(huán)芳香化合物包括并四苯(Tetracene)、并五苯(Pentacene)，酞菁染料包括酞菁 氫(H2Pc)、亞酞菁(SubPc)、酞菁銅(CuPc)、酞菁鋅(ZnPc)、酞菁錫(SnPc)。本發(fā)明的有機薄膜太陽能電池中界面層32材料是具有高量子效率熒光特性的有 機小分子化合物或高分子聚合物，其中，有機小分子化合物能夠用真空蒸鍍方法成膜，如N， N，-雙(3-萘基)-N，N，_ 二苯基-[1，1，_ 二苯基]-4，4，_ 二胺(NPB)、9，10-二 -(2-萘基) 蒽(ADN)、喹吖啶酮(QA)、2-{2_ 叔丁基-6-[2-(1，1，7，7，-四甲基)-2，3，6，7-四氫-1H， 5H-吡啶并[3,2,1-ij]喹啉-9-基]-乙烯基}-吡喃-4-內(nèi)鐺鹽烯}-丙二腈(DCJTB)、
8-羥基喹啉鋁(Alq3)、紅熒烯(Rubrene)，高分子聚合物能夠用旋涂和噴墨打印等方法成 膜，如聚對苯撐乙烯(PPV)、聚噻吩(PTV)。本發(fā)明的有機薄膜太陽能電池中電子受體層33材料為C60及其衍生物，噻吩類 材料，PPV衍生物，稠環(huán)芳香化合物，C60衍生物包括(6，6)-苯基-061-丁酸甲酯(PCBM)、 (6，6)-苯基義61-丁酸丁酯(PCBB) U-(3-甲氧羰基)丙基噻吩基_[6，6]_亞甲基富 勒烯(ThCBM)，噻吩類材料包括二氰基乙烯基-三聚噻吩(DCV3T)、聚(3-氰基-4-己基噻 吩)(P3CN4HT)，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(CN-Ether-PPV)、聚 [2-甲氧基-5- (2-乙基己氧基)-α -氰基-對苯乙烯撐](MEH-CN-PPV)，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(PTCBI)、3，4，9，10-茈四甲酸二酐(PTCDA)。本發(fā)明的有機薄膜太陽能電池中陰極緩沖層34材料是金屬有機配合物、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，其中金屬有機配合物包括8-羥 基喹啉鋁(Alq3)或者二(2-甲基-8-喹啉并)-4-(苯基苯酚)鋁(BAlq)，吡啶類化合物包 括三[2，4，6_三甲基-3-(吡啶-3-yl)苯基]-硼烷(3TPYMB)，鄰菲咯啉類化合物包括2，
9-二甲基-4，7-聯(lián)苯-1，10-鄰二氮雜菲(BCP)或者4，7_聯(lián)苯-1，10-鄰二氮雜菲(BPhen)，采用本發(fā)明制備的有機薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)舉例如下
玻璃/ITO/陽極緩沖層/電子給體層/界面層/電子受體層/陰極緩沖層/陰極
'ITO/陽極緩沖層 'ITO/電子給體層 'ITO/陽極緩沖層 'ITO/電子給體層 'ITO/電子給體層
電子給體層/界面層/電子受體層 界面層/電子受體層/陰極緩沖層 電子給體層/電子受體層/陰極層 電子受體層/陰極緩沖層/陰極層 電子受體層/陰極層
陰極層 陰極層
陰極層/陰極緩沖層/電子受體層/界面層/電子給體層/陽極緩沖層
噁二唑類電子傳輸材料是2-(4- 二苯基)-5-(4-叔丁苯基)-1，3，4_噁二唑(PBD)或者1， 3-二 [(4-三元胺-丁基苯基)-1，3，4_重氮基酸-5-yl]苯(0XD-7)，咪唑類化合物是1，3， 5-三(N-苯基-苯并咪唑-2)苯(TPBI)。 層

陽極層
陰極層
璃璃璃璃璃璃 璃璃璃璃璃
ΓΤ~ν ΓΤ~ν ΓΤ~ν ΓΤ~ν ΓΤ~ν ΓΤ~ν ΓΤ~ν ΓΤ~ν ΓΤ~ν ΓΤ~ν ΓΤ~ν
陰極層/ 陰極層/ 陰極層/ 陰極層/ 陰極層/ 柔性基板/ITO/
柔 柔 柔 柔 柔 柔
層/陽極層
玻璃襯底/IT0/PED0T PSS (20nm) / 磁性多壁碳納米管(40nm) /DCJTB (2nm) / 磁 性單壁碳納米管(60nm)/Al (IOOnm)制備方法如下①利用丙酮、乙醇溶液和去離子水對透明導(dǎo)電基片ITO玻璃進行超聲清洗，清洗 后用干燥氮氣吹干。其中玻璃襯底上面的ITO膜作為器件的陽極層，ITO膜的方塊電阻為 15 Ω / □，膜厚為 180nm ；②將干燥后的基片移入真空室，在氣壓為20Pa的氧氣壓環(huán)境下對ITO玻璃進行低 能氧等離子預(yù)處理10分鐘，濺射功率為 20W ；③將基片置于氮氣環(huán)境中，采用旋涂的方法進行有機薄膜的制備。按照如上所述 器件結(jié)構(gòu)依次旋涂陽極緩沖層PEDOT PSS層，旋涂時轉(zhuǎn)速為4000轉(zhuǎn)/秒，時長為30S，膜厚 為20nm ；旋涂電子給體層磁性多壁碳納米管層，旋涂時轉(zhuǎn)速為4000轉(zhuǎn)/秒，時長為20S，膜 厚約為40nm ；旋涂界面層DCJTB層，旋涂時轉(zhuǎn)速為4000轉(zhuǎn)/秒，時長為40S，膜厚為2nm ；旋 涂電子受體層磁性單壁碳納米管層，旋涂時轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/秒，時長為30S，膜厚為60nm ； 其中，在旋涂磁性單壁碳納米管和磁性多壁碳納米管層時在垂直于基片表面的方向上施 加300mT的磁場，使磁性單壁碳納米管和磁性多壁碳納米管的長度方向垂直于陽極層表 面；④在有機層制備結(jié)束后將基片移入真空蒸發(fā)室中進行陰極層Al的制備。其氣壓 為3X10_3Pa，蒸鍍速率為 0. lnm/s，膜層厚度為lOOnm。蒸鍍速率及厚度由安裝在基片附 近的膜厚儀監(jiān)控；⑤將做好的器件傳送到手套箱進行封裝，手套箱為99. 9%氮氣氛圍。實施例2如圖2所示，器件的襯底為透明玻璃，陽極層2為IT0，陽極緩沖層30為 PEDOT PSS，電子給體層31為MEH-PPV和長度為120nm的表面均勻分布直徑為5nm的Fe3O4 粒子的多壁碳納米管的混合體系，質(zhì)量比為1 1，所述磁性多壁碳納米管直徑為20nm，界 面層32為QA，電子受體層33為PCBM，陰極層4用Ag。整個器件結(jié)構(gòu)描述為玻璃襯底/IT0/PED0T PSS (20nm) /MEH-PPV 磁性多壁碳納米管(1 1， lOOnm)/QA(2nm)/PCBM(60nm)/Ag (IOOnm)器件的制備流程與實施例1相似。實施例3如圖3所示，器件的襯底1為玻璃，陽極層2為Au，陽極緩沖層30為PEDOT PSS, 電子給體層31為MEH-PPV和長度為60 70nm的表面均勻分布直徑為5nm的Fe3O4粒子的 多壁碳納米管的混合體系，質(zhì)量比為10 1，所述磁性多壁碳納米管直徑為15nm，界面層32 為DCJTB，電子受體層33為PCBM和長度在60 70nm之間的長短不一的表面均勻分布直徑 為5nm的Y-Fe2O3粒子的單壁碳納米管的混合體系，質(zhì)量比為10 1，所述磁性單壁碳納 米管直徑為15nm，陰極層4用Ag。整個器件結(jié)構(gòu)描述為玻璃襯底/Ag(IOOnm)/PCBM磁性單壁碳納米管(10 1，60nm)/DCJTB(Inm)/ MEH-PPV 磁性多壁碳納米管(10 l,70nm)/PEDOT PSS(20nm)/Au(40nm)器件的制備流程與實施例1相似。實施例4
如圖3所示，器件的襯底1為玻璃，陽極層2為Ag，陽極緩沖層30為W03，電子給體 層31為CuPc，界面層32為DCJTB，電子受體層33為長度在70 IOOm之間的長短不一的 表面均勻分布直徑為5nm的鐵粒子的單壁碳納米管，所述磁性單壁碳納米管直徑為15nm， 陰極層4用Al。整個器件結(jié)構(gòu)描述為玻璃襯底/Al (IOOnm) / 磁性單壁碳納米管(70nm) /DCJTB (2nm) /CuPc (80nm) / WO3 (20nm)/Ag(40nm)制備方法如下①利用丙酮、乙醇溶液和去離子水對玻璃進行超聲清洗，清洗后用干燥氮氣吹干。②將玻璃襯底置于真空蒸發(fā)室中，在氣壓為3X10_3Pa的條件下進行陰極Al的制 備，蒸鍍時速率為 0. lnm/s，膜層厚度為lOOnm。蒸鍍速率及厚度由安裝在基片附近的膜 厚儀監(jiān)控；③將制備了陰極的玻璃襯底置于氮氣環(huán)境中，采用旋涂或噴涂的方法制備電子受 體層磁性單壁碳納米管層70nm。在噴涂磁性單壁碳納米管層時在垂直于基片表面的方向上 施加250mT的磁場，使磁性單壁碳納米管的長度方向垂直于陽極層表面；④將襯底置于真空蒸發(fā)室中，在氣壓為1 X IO-4Pa的條件下依次制備界面層DCJTB 層，膜厚為2nm，電子給體層CuPc層，膜厚為SOnm ；陽極緩沖層WO3層，膜厚為20nm，蒸鍍速 率及厚度由安裝在基片附近的膜厚儀監(jiān)控；⑤在有機層制備結(jié)束后進行陽極層Ag的制備。其氣壓為3X 10_3Pa，蒸鍍速率為 0. lnm/s，膜層厚度為40nm。蒸鍍速率及厚度由安裝在基片附近的膜厚儀監(jiān)控；⑥將做好的器件傳送到手套箱進行封裝，手套箱為99. 9%氮氣氛圍。實施例5如圖4所示，器件的襯底1為PET，陽極層2為IT0，陽極緩沖層30為PEDOT PSS, 電子給體層31為長度在70 IOOnm之間的長短不一的表面均勻分布直徑為5 IOnm的 Y -Fe2O3粒子的多壁碳納米管，所述磁性多壁碳納米管直徑為20nm，電子受體層33為C60， 陰極層4用Ag。整個器件結(jié)構(gòu)描述為PET/IT0/PED0T PSS (20nm) / 磁性多壁碳納米管(70nm)/C60 (50nm)/Ag (IOOnm)制備方法如下①利用丙酮、乙醇溶液和去離子水對鍍有ITO膜的透明PET襯底進行超聲清洗，清 洗后用干燥氮氣吹干。其中PET襯底上面的ITO膜作為器件的陽極層，ITO膜的方塊電阻 為15 Ω / □，膜厚為180nm;②將干燥后的基片移入真空室，在氣壓為20Pa的氧氣壓環(huán)境下對ITO玻璃進行低 能氧等離子預(yù)處理10分鐘，濺射功率為 20W ；③將基片置于氮氣環(huán)境中，采用噴涂的方法進行有機薄膜的制備。按照如上所述 器件結(jié)構(gòu)依次噴涂陽極緩沖層PEDOT PSS層20nm;噴涂電子給體層磁性多壁碳納米管層 70nm ；噴涂電子受體層C60層50nm ；其中，在噴涂磁性多壁碳納米管層時在垂直于基片表面 的方向上施加300mT的磁場，使磁性多壁碳納米管的長度方向垂直于陽極層表面；④在有機層制備結(jié)束后將基片移入真空蒸發(fā)室中進行陰極層Ag的制備。其氣壓 為3X10_3Pa，蒸鍍速率為 0. lnm/s，膜層厚度為lOOnm。蒸鍍速率及厚度由安裝在基片附 近的膜厚儀監(jiān)控；
⑤將做好的器件傳送到手套箱進行封裝，手套箱為99. 9%氮氣氛圍。實施例6如圖4所示，器件的襯底1為透明玻璃，陽極層2為ΙΤ0，陽極緩沖層30為WO3,電 子給體層31為DCV5T和長度在100 140nm之間的長短不一的表面均勻分布直徑為10 15nm的鎳粒子的多壁碳納米管的混合體系，質(zhì)量比為7 1，所述磁性多壁碳納米管直徑為 30nm,電子受體層33為PCBM和長度在100 140nm之間的長短不一的表面均勻分布直徑 為10 15nm的γ-Fe2O3粒子的單壁碳納米管的混合體系，質(zhì)量比為6 1，所述磁性單壁 碳納米管直徑為30nm，陰極層4用Ag。整個器件結(jié)構(gòu)描述為玻璃襯底/IT0/W03(10nm)/DCV5T磁性多壁碳納米管(7 1，IOOnm)/PCBM 磁 性單壁碳納米管(6 l,140nm)/Ag(IOOnm)器件的制備流程與實施例4相似。實施例7如圖5所示，器件的襯底1為透明玻璃，陽極層2為Ag，陽極緩沖層30為MoO3,電 子給體層31為V5T和長度在100 150nm之間的長短不一的表面均勻分布直徑為5 15nm 的鎳粒子的多壁碳納米管的混合體系，質(zhì)量比為2 1，所述磁性多壁碳納米管直徑為20 40nm,電子受體層33為長度在100 150nm之間的長短不一的表面均勻分布直徑為10 20nm的鈷粒子的單壁碳納米管，所述磁性單壁碳納米管直徑為20 40nm，陰極層4用Al。 整個器件結(jié)構(gòu)描述為玻璃襯底/Al (IOOnm)/磁性單壁碳納米管(IOOnm)/V5T 磁性多壁碳納米管 (2 1,150nm) /MoO3 (20nm) /Ag (30nm)器件的制備流程與實施例4相似。實施例8如圖5所示，器件的襯底1為透明玻璃，陽極層2為Au，陽極緩沖層30為WO3,電 子給體層31為P3HT，電子受體層33為PCBM和長度在120 150nm之間的長短不一的表面 均勻分布直徑為5 15nm的鐵粒子的單壁碳納米管的混合體系，質(zhì)量比為1 2，所述磁性 單壁碳納米管直徑為30 40nm，陰極層4用Ag。整個器件結(jié)構(gòu)描述為玻璃襯底/Ag(IOOnm)/PCBM磁性單壁碳納米管(3 l,120nm)/P3HT(80nm)/ WO3(IOnm)/Au(30nm)制備方法如下①利用丙酮、乙醇溶液和去離子水對玻璃進行超聲清洗，清洗后用干燥氮氣吹干。②將玻璃襯底置于真空蒸發(fā)室中，在氣壓為3X10_3Pa的條件下進行陰極Ag的制 備，蒸鍍時速率為 0. lnm/s，膜層厚度為lOOnm。蒸鍍速率及厚度由安裝在基片附近的膜 厚儀監(jiān)控；③在氮氣環(huán)境下采用旋涂或噴涂的方法分別制備電子受體層PCBM和磁性單壁碳 納米管的混合體系120nm，電子給體層P3HT層80nm，其中，在制備電子受體層時在垂直于基 片表面的方向上施加350mT的磁場，使磁性單壁碳納米管的長度方向垂直于陽極層表面；④在氣壓為1 X10_4Pa的真空室中采用蒸鍍的方法在硅基底上制備陽極緩沖層 MoO3 層 IOnm,⑤將上述制備的硅基底上的陽極緩沖層從基底上剝離，再疊加到有P3HT、PCBM和磁性單壁碳納米管的混合體系的玻璃襯底上；⑥在有機功能層制備結(jié)束后進行陽極層Au的制備。其氣壓為3X10_3Pa，蒸鍍速 率為 0. lnm/s，膜層厚度為30nm。蒸鍍速率及厚度由安裝在基片附近的膜厚儀監(jiān)控；⑦將做好的器件傳送到手套箱進行封裝，手套箱為99. 9%氮氣氛圍。實施例9如圖6所示，器件的襯底1為透明玻璃，陽極層2為ΙΤ0，電子給體層31為長度在 100 150nm之間的長短不一的表面均勻分布直徑為10 20nm的γ -Fe2O3粒子的多壁碳 納米管，所述磁性多壁碳納米管直徑為40 80nm，電子受體層33為PCBM和長度在100 150nm之間的長短不一的表面均勻分布直徑為5 15nm的鐵粒子的單壁碳納米管的混合體 系，質(zhì)量比為1 2，所述磁性單壁碳納米管直徑為40nm，陰極緩沖層34為BPhen，陰極層4 用Ag。整個器件結(jié)構(gòu)描述為玻璃襯底/ITO/磁性多壁碳納米管(IOOnm)/PCBM 磁性單壁碳納米管(1 2， 150nm)/BPhen(5nm)/Ag (IOOnm)制備方法如下①利用丙酮、乙醇溶液和去離子水對透明導(dǎo)電基片ITO玻璃進行超聲清洗，清洗 后用干燥氮氣吹干。其中玻璃襯底上面的ITO膜作為器件的陽極層，ITO膜的方塊電阻為 15 Ω / □，膜厚為 180nm ；②將干燥后的基片移入真空室，在氣壓為20Pa的氧氣壓環(huán)境下對ITO玻璃進行低 能氧等離子預(yù)處理10分鐘，濺射功率為 20W ；③將ITO玻璃置于真空室中，在氣壓為的條件下采用噴墨打印或分子打印的方法 制備有機薄膜。按照上述器件結(jié)構(gòu)依次噴墨打印或分子打印電子給體層磁性多壁碳納米管 層lOOnm，電子受體層PCBM和磁性單壁碳納米管的混合體系150nm，陰極緩沖層BPhen層 5nm，其中在制備電子給體層和電子受體層時在垂直于基片表面的方向上施加400mT的磁 場，使磁性多壁碳納米管和磁性單壁碳納米管的長度方向垂直于陽極層表面；④在有機功能層制備結(jié)束后進行陰極層Ag的制備。其氣壓為3X10_3Pa，蒸鍍速 率為 0. lnm/s，膜層厚度為lOOnm。蒸鍍速率及厚度由安裝在基片附近的膜厚儀監(jiān)控；⑤將做好的器件傳送到手套箱進行封裝，手套箱為99. 9%氮氣氛圍。實施例10如圖6所示，器件的襯底1為透明玻璃，陽極層2為ΙΤ0，電子給體層31為P3HT和 長度在120 150nm之間的長短不一的表面均勻分布直徑為IOnm的Fe3O4粒子的多壁碳 納米管的混合體系，質(zhì)量比為4 1，所述磁性多壁碳納米管直徑為30nm，電子受體層33為 PCBM，陰極緩沖層34為BPhen，陰極層4用Ag。整個器件結(jié)構(gòu)描述為玻璃襯底/IT0/P3HT磁性多壁碳納米管(4 1，120nm)/PCBM(IOOnm) / BPhen(5nm)/Ag(IOOnm)制備方法如下①利用丙酮、乙醇溶液和去離子水對透明導(dǎo)電基片ITO玻璃進行超聲清洗，清洗 后用干燥氮氣吹干。其中玻璃襯底上面的ITO膜作為器件的陽極層，ITO膜的方塊電阻為 15 Ω / □，膜厚為 180nm ；②將干燥后的基片移入真空室，在氣壓為20Pa的氧氣壓環(huán)境下對ITO玻璃進行低能氧等離子預(yù)處理10分鐘，濺射功率為 20W ；③采用自組裝的方法依次制備如下有機功能層，其中，電子給體層P3HT和磁性多 壁碳納米管的混合體系120nm，電子受體層PCBM層lOOnm，陰極緩沖層BPhen層5nm，其中在 制備電子給體層時在垂直于基片表面的方向上施加400mT的磁場，使磁性多壁碳納米管的 長度方向垂直于陽極層表面；④在有機功能層制備結(jié)束后進行陰極層Ag的制備。其氣壓為3X10_3Pa，蒸鍍速 率為 0. lnm/s，膜層厚度為lOOnm。蒸鍍速率及厚度由安裝在基片附近的膜厚儀監(jiān)控；⑤將做好的器件傳送到手套箱進行封裝，手套箱為99. 9%氮氣氛圍。實施例11如圖7所示，器件的襯底1為透明玻璃，陽極層2為Au，電子給體層31為長度在 80 IOOnm之間的長短不一的表面均勻分布直徑為IOnm鎳粒子的多壁碳納米管，所述磁性 多壁碳納米管直徑為30 40nm，電子受體層33為PCBB和長度在80 IOOnm之間的長短 不一的表面均勻分布直徑為IOnm鎳粒子的單壁碳納米管的混合體系，質(zhì)量比為1 3，所述 磁性單壁碳納米管直徑為30 40nm，陰極緩沖層34為BPhen，陰極層4用Ag。整個器件結(jié) 構(gòu)描述為玻璃襯底/Ag(IOOnm)/BPhen(5nm)/PCBB磁性單壁碳納米管(1 3，80nm)/磁 性多壁碳納米管(IOOnm)/Au (40nm)器件的制備流程與實施例4相似。實施例12如圖7所示，器件的襯底1為透明玻璃，陽極層2為Au，電子給體層31為P3HT， 電子受體層33為PCBM和長度在80 IOOnm之間的長短不一的表面均勻分布直徑為IOnm 鐵粒子的單壁碳納米管的混合體系，質(zhì)量比為1 4，所述磁性單壁碳納米管直徑為25 30nm,陰極緩沖層34為BPhen，陰極層4用Ag。整個器件結(jié)構(gòu)描述為玻璃襯底/Ag(IOOnm)/BPhen(5nm)/PCBB磁性單壁碳納米管(1 4，80nm)/ P3HT(IOOnm)/Au(40nm)器件的制備流程與實施例5相似。實施例13如圖8所示，器件的襯底1為透明玻璃，陽極層2為IT0，電子給體層31為P3HT和 長度為SOnm的表面均勻分布直徑為Snm的Y-Fe2O3粒子的多壁碳納米管的混合體系，質(zhì)量 比為1 7，所述磁性多壁碳納米管直徑為20nm，電子受體層33為長度在60 SOnm之間 的長短不一的表面均勻分布直徑為5nm鎳粒子的單壁碳納米管，所述磁性單壁碳納米管直 徑為15nm，陰極層4用Ag。整個器件結(jié)構(gòu)描述為玻璃襯底/IT0/P3HT 磁性多壁碳納米管(1 7，60nm)/磁性單壁碳納米管 (80nm)/Ag(IOOnm)器件的制備流程與實施例5相似。實施例14如圖9所示，器件的襯底1為透明玻璃，陽極層2為Au，電子給體層31為MEH-PPV， 質(zhì)量比為1 6，電子受體層33為DCV3T和長度在120 150nm之間的長短不一的表面均 勻分布直徑為IOnm的鐵粒子的單壁碳納米管，所述磁性單壁碳納米管直徑為40 80nm，陰
15極層4用Ag。整個器件結(jié)構(gòu)描述為玻璃襯底/Ag(IOOnm)/DCV3T磁性單壁碳納米管(1 6,90nm)/MEH-PPV(80nm)/ Au(40nm)器件的制備流程與實施例5相似。實施例15如圖9所示，器件的襯底1為透明玻璃，陽極層2為Au，電子給體層31為MEH-PPV 和長度為80nm的表面均勻分布直徑為IOnm的Fe3O4粒子的多壁碳納米管的混合體系，質(zhì)量 比為1 10，所述磁性多壁碳納米管直徑為25nm，電子受體層33為PCBM和長度為SOnm的 表面均勻分布直徑為IOnm的Fe3O4粒子單壁碳納米管的混合體系，質(zhì)量比為1 10，所述 磁性單壁碳納米管直徑為30nm，陰極層4用Ag。整個器件結(jié)構(gòu)描述為玻璃襯底/Ag (IOOnm)/PCBM 磁性單壁碳納米管(1 10,60nm) /MEH-PPV 磁性 多壁碳納米管(1 10,80nm)/Au(40nm)器件的制備流程與實施例5相似。
權(quán)利要求
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，有機功能層至少包括電子給體層和電子受體層，其特征在于，所述電子給體層和電子受體層由以下三種方式中的一種構(gòu)成①電子給體層由電子給體材料和磁性多壁碳納米管的混合體系構(gòu)成或由長短不一的磁性多壁碳納米管構(gòu)成，電子受體層由電子受體材料構(gòu)成；②電子給體層由電子給體材料構(gòu)成，電子受體層由電子受體材料和磁性單壁碳納米管的混合體系構(gòu)成或由長短不一的磁性單壁碳納米管構(gòu)成；③電子給體層由電子給體材料和磁性多壁碳納米管的混合體系構(gòu)成或由長短不一的磁性多壁碳納米管構(gòu)成，電子受體層由電子受體材料和磁性單壁碳納米管的混合體系構(gòu)成或由長短不一的磁性單壁碳納米管構(gòu)成，所述磁性多壁碳納米管和磁性單壁碳納米管的長度方向垂直于陽極層表面，電子給體層和電子受體層的混合體系中磁性多壁碳納米管和磁性單壁碳納米管的長度分別大于電子給體材料或電子受體材料的厚度并且小于電子給體層和電子受體層的總厚度。
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，所述電子給體層的混合 體系中電子給體材料與磁性多壁碳納米管的質(zhì)量比和電子受體層的混合體系中電子受體 材料與磁性單壁碳納米管的質(zhì)量比均為10 1 1 10。
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，所述磁性多壁碳納米管 和磁性單壁碳納米管的長度差值均小于或等于50nm。
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，所述磁性多壁碳納米管 和磁性單壁碳納米管的長度均小于或等于150nm。
5.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，所述磁性多壁碳納米管 和磁性單壁碳納米管的直徑均小于或等于80nm。
6.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，所述磁性多壁碳納米管 和磁性單壁碳納米管的表面均勻附著有磁性納米顆粒，所述磁性納米顆粒包括直徑小于或 等于20nm的納米Fe3O4粒子、納米γ -Fe2O3粒子、堿土金屬鐵氧體顆粒、屬于Al-Ni-Co體 系的AlNiCo合金顆粒、屬于Sm-Co體系的合金顆粒、屬于Pt-Co體系的合金顆?；?qū)儆?Nd-Fe-B體系的合金顆粒及其混合物。
7.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，所述電子給體材料為 噻吩類材料，聚對苯乙炔及其衍生物，芳香胺類材料，稠環(huán)芳香化合物和酞菁染料，其中噻 吩類材料包括5-乙烯基-2-四聚噻吩、5-乙烯基-五聚噻吩、α，α - 二(2，2- 二氰基 乙烯)_五聚噻吩、[2，6-(4，4-二-(2-乙基己基)-4!1-環(huán)戊烯[2，1-13;3，4-13' ]-二噻 吩)_ 交替-4，7-(2，1，3-苯并噻二唑)]共聚物((5，5_ 二辛基 _[2，2' ；5'，2”；5”，2]四 聚噻吩)_交替_ (2，7-芴-9-酮)]共聚物、聚(3-烷基噻吩)、3_己基取代聚噻吩，PPV衍 生物包括聚[2-甲氧基-5- (2-乙基己氧基)-1，4-苯撐乙烯撐]，聚[2-甲氧基，5- (3，7- 二 甲基-辛氧基)-對苯乙烯撐]，芳香胺類材料包括N，N' - 二苯基-N，N' -二(3-甲基 苯基)_1，1'-聯(lián)苯_4，4' _ 二胺，稠環(huán)芳香化合物包括并四苯、并五苯，酞菁染料包括酞 菁?xì)?、亞酞菁、酞菁銅、酞菁鋅、酞菁錫；所述電子受體材料為C60及其衍生物、噻吩類材料、 PPV衍生物、稠環(huán)芳香化合物，其中C60衍生物包括(6，6)-苯基-C61- 丁酸甲酯、(6，6)-苯 基-C61-丁酸丁酯、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、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、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、3，4，9，10-茈四甲酸二酐。
8.一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，所述電子給體層和電子受體層由以下三種方式中的一種構(gòu)成①電子給體層由 電子給體材料和磁性多壁碳納米管的混合體系構(gòu)成或由長短不一的磁性多壁碳納米管構(gòu) 成，電子受體層由電子受體材料構(gòu)成；②電子給體層由電子給體材料構(gòu)成，電子受體層由電 子受體材料和磁性單壁碳納米管的混合體系構(gòu)成或由長短不一的磁性單壁碳納米管構(gòu)成； ③電子給體層由電子給體材料和磁性多壁碳納米管的混合體系構(gòu)成或由長短不一的磁性 多壁碳納米管構(gòu)成，電子受體層由電子受體材料和磁性單壁碳納米管的混合體系構(gòu)成或由 長短不一的磁性單壁碳納米管構(gòu)成，所述電子給體層和電子受體層的混合體系中磁性多壁 碳納米管和磁性單壁碳納米管的長度分別大于電子給體材料或電子受體材料的厚度并且 小于電子給體層和電子受體層的總厚度，在制備含磁性多壁碳納米管的電子給體層和含磁 性單壁碳納米管的電子受體層時采用旋涂的方式，在旋涂時在垂直于襯底表面的方向上施 加磁場，使磁性多壁碳納米管和磁性單壁碳納米管的長度方向垂直于陽極層表面；④保持上述真空壓力不變，在有機功能層制備結(jié)束后在真空室中進行陰極的制備；⑤將做好的器件傳送到手套箱進行封裝，手套箱為氮氣氛圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求8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，有機功能層至少包括電子給體層和電子受體層，在電子給體層和電子受體層采用磁性多壁碳納米管和磁性單壁碳納米管增加了電子給體層和電子受體層界面的面積，能使更多的激子到達(dá)分離界面被分離成電子和空穴，同時磁性多壁碳納米管和磁性單壁碳納米管具有高的可見光透過率、低電阻的特點，增加了器件中激子產(chǎn)生的數(shù)量以及將界面處的電子和空穴傳輸?shù)诫姌O層的能力，提高了有機薄膜太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H01L51/46GK101924184SQ201010222520
公開日2010年12月22日 申請日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者于軍勝, 張巍, 蔣亞東, 陳蘇杰 申請人:電子科技大學(xué)