專利名稱：一種有機(jī)太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型公開了一種具有異質(zhì)結(jié)有機(jī)小分子器件陽極修飾技術(shù)，屬于光電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽能電池是一種將光能轉(zhuǎn)換為電能的光伏器件。從1%4年貝爾實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了效率為4%的無機(jī)太陽能電池開始，半個(gè)世紀(jì)以來，太陽能電池獲得了飛速的發(fā)展，在全球范圍內(nèi)都掀起來一場“綠色能源革命”。目前，硅基薄膜太陽能電池規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)中非晶硅薄膜太陽能電池的最高轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到10%以上。20世紀(jì)90年代以后，無機(jī)薄膜太陽能電池家族中又加添了有砷化鎵、碲化鎘等光伏器件。有機(jī)太陽能電池的研究始于1958 年，Kearns和Calvin將鎂酞菁染料(MgPc)夾在兩個(gè)不同功函數(shù)的電極之間，制成”三明治”結(jié)構(gòu)，從而得到了 200mV的開路電壓，但是其短路電流輸出則非常低，所以其能量轉(zhuǎn)換效率也相對(duì)較低。這種單層有機(jī)太陽能電池結(jié)構(gòu)，在1986年被C. W. Tang采用雙層異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)所替代(陽極/給體/受體/緩沖層/陰極)，得到了 1%的能量轉(zhuǎn)換效率。能量轉(zhuǎn)換效率得到大幅提升的原因，即認(rèn)為由雙層異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)提供一個(gè)高效的激子拆分的界面所致， 換言之，雙層異質(zhì)結(jié)構(gòu)使得中性的電子-空穴對(duì)拆分成自由載流子變得更加的容易。但是， 目前有機(jī)太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率仍然比較低，實(shí)驗(yàn)室最高在8%左右，小批量生產(chǎn)一般為 4%左右，是目前制約其發(fā)展的重要難題。近年來，有機(jī)太陽能電池越來越受到業(yè)界的關(guān)注。 一方面是由于有機(jī)材料本身價(jià)格比較低廉、來源廣泛、具有豐富的多樣性；另外，加工過程相對(duì)傳統(tǒng)硅基電池較為簡單，器件制作的成本相對(duì)較低。在有機(jī)太陽能電池中，吸收太陽光首先產(chǎn)生具有一定束縛力的電子空穴對(duì)，即激子。激子對(duì)外呈電中性，必須進(jìn)行激子拆分之后，才能有光電流、光電壓輸出。中國專利CN201010200494.X “公開了功能層為單層有機(jī)材料的有機(jī)太陽能電池”對(duì)一種沒有異質(zhì)結(jié)的有機(jī)太陽能電池進(jìn)行改性，陽極有一層光敏層。其功能主要是對(duì)陽極界面的激子拆分，一方面要抑制陽極界面不需要的電荷注入，同時(shí)又依賴于這一激子拆分來獲得光電流，而在實(shí)際操作過程很難掌控。有機(jī)太陽能電池(以下簡稱有機(jī)電池)的工作原理不同于硅基太陽能電池，有機(jī)電池吸收太陽光首先產(chǎn)生具有一定束縛力的電子空穴對(duì)，即激子。激子對(duì)外呈電中性，必須進(jìn)行激子拆分之后，才能有光電流、光電壓的輸出。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述缺點(diǎn)，采用陽極插入層修飾陽極界面，從而抑制陽極激子拆分，以提高載流子收集效率和能量轉(zhuǎn)換效率。用寬禁帶、低遷移率的半導(dǎo)體材料作為陽極修飾層，以獲得異質(zhì)結(jié)有機(jī)小分子太陽能電池。為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型任務(wù)，提出的技術(shù)解決方案是基于一種有機(jī)小分子異質(zhì)結(jié)的有機(jī)太陽能電池，由依次層疊的透明絕緣襯底、透明電極、電子給體-受體層、緩沖層、高反射率電極構(gòu)成，其特征在于透明電極上面有一陽極修飾層，在該修飾層上面有一用于抑制陽極界面激子拆分的光敏層或至少二個(gè)光敏層，作為電子給體的陽極修飾層上面的為第一光敏層與其上的第二光敏層構(gòu)成有機(jī)小分子異質(zhì)結(jié)。由電子給體與電子受體的光敏層組成的電子給體-受體界面①，系產(chǎn)生光電流的重要區(qū)域。陽極修飾層的厚度為0. 5-5nm，插入在陽極與電子給體層之間，形成三角勢壘，通過隧穿效應(yīng)進(jìn)行提高載流子的收集效率。電子給體-受體界面①至少有二個(gè)光敏層，作為電子給體的陽極修飾層上面的為第一光敏層與其上的第二光敏層構(gòu)成有機(jī)小分子異質(zhì)結(jié)。 第二光敏層是作為電子受體沉積在電子給體的第一光敏層上面。陽極修飾層包括二氧化硅(Sit)》、氟化鋰(LiF)、二氧化鈦(110 在內(nèi)的寬禁帶、 低載流子遷移率薄膜材料。陽極修飾層是沉積在包括由透明氧化物、金屬薄膜或碳納米管導(dǎo)電薄膜的陽極上。陽極修飾層上面的第一光敏層系電子給體材料，包括酞菁染料、并五苯、嚇啉化合物、菁染料在內(nèi)的空穴傳輸材料；還包括第二光敏層上的電子受體材料。第二光敏層上的電子受體還包括一種導(dǎo)電率很高的高分子水溶液聚合物在內(nèi)的衍生物電子傳輸材料或者無機(jī)納米材料PEDOT :PSS。透明電極上的陽極修飾層是經(jīng)過真空蒸鍍形成，在該陽極修飾層上面還有一層真空蒸鍍的光敏層作為電子給體的。采用真空蒸鍍在陽極修飾層上面還有一層作為電子受體的光敏層，形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)。太陽光從透明絕緣襯底和透明電極一側(cè)入射，由于陽極修飾層的厚度很薄，一般在0. 5-5nm左右，因而其對(duì)太陽光的損耗很小，可以忽略不計(jì)，所以大部分太陽光仍為光敏層所吸收。光敏層吸收光子能量之后，會(huì)產(chǎn)生少量的自由載流子，但是更多的情形是產(chǎn)生具有一定束縛力的電子-空穴對(duì)，也就是激子。中性的激子擴(kuò)散到給體-受體界面處，由于電子親和勢和離化能的差異，激子會(huì)拆分成自由載流子，兩種極性的自由載流子在內(nèi)建電場的作用下分別向陽極和陰極定向漂移而形成最終光電流輸出。然而，激子在陽極界面處的拆分方向與光電流方向恰恰相反。有機(jī)電池內(nèi)部的光電流方向?yàn)榧ぷ釉诮o體-受體界面的電荷拆分方向，即電子向陰極運(yùn)動(dòng)、空穴向陽極運(yùn)動(dòng)。而激子在陽極界面的拆分方向?yàn)殡娮酉蜿枠O運(yùn)動(dòng)。所以，陽極界面的激子拆分對(duì)整個(gè)太陽能電池的電性能和電流輸出是一個(gè)消極因素。本實(shí)用新型實(shí)施過程中產(chǎn)生的積極效果主要表現(xiàn)在通過調(diào)整陽極修飾層的厚度，使得在抑制陽極界面激子拆分的同時(shí)，能夠有效的收集載流子，從而提升了有機(jī)太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率。陽極修飾層的引入，有效的抑制了陽極-給體界面激子拆分，其過程操作簡單，容易控制，效果顯著。

圖1、是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2、是已有技術(shù)中異質(zhì)結(jié)有機(jī)小分子太陽能電池界面激子拆分示意圖。圖3、是本實(shí)用新型帶有陽極修飾層的異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池界面激子拆分示意圖。圖中，透明絕緣襯底1、透明電極2、陽極修飾層3、第一光敏層4、第二光敏層5、緩沖層6、高反射率電極7。
具體實(shí)施方式
[0013]
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型提供的基于有機(jī)小分子的異質(zhì)結(jié)太陽能電池(以下簡稱電池或有機(jī)電池)的工作原理圖1、是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，帶有陽極修飾層的異質(zhì)結(jié)有機(jī)小分子太陽能電池，由透明絕緣襯底1、透明電極2、陽極修飾層3、第一光敏層4、第二光敏層5、緩沖層6、高反射率電極7組成。透明絕緣襯底1上面是透明電極2，作為太陽能電池的陽極；透明電極 2上面是陽極修飾層3，用于抑制陽極界面的激子拆分；陽極修飾層3上面是第一光敏層4， 作為電子給體；第一光敏層4上面是第二光敏層5，作為電子受體，并與第一光敏層4組成電子給體-受體界面①，是產(chǎn)生光電流的重要區(qū)域；第二光敏層5上面是緩沖層6，作為激子阻擋層；緩沖層6上面的高反射率電極7，作為電池的陰極。不同于硅基太陽能電池，有機(jī)電池吸收太陽光首先產(chǎn)生具有一定束縛力的電子空穴對(duì)，即激子。激子對(duì)外呈電中性，必須進(jìn)行激子拆分之后，才能有光電流、光電壓的輸出。圖2、是已有技術(shù)中異質(zhì)結(jié)有機(jī)小分子太陽能電池界面激子拆分示意圖。圖中的箭頭方向分別表示電子和空穴運(yùn)動(dòng)的方向，激子拆分這一過程除了可以發(fā)生在電子給體-受體界面①以外，還會(huì)發(fā)生在陽極-給體界面②。陽極與給體的界面②誘導(dǎo)光生激子進(jìn)行拆分，圖中箭頭分別表示這一界面處的激子拆分的方向，陽極與給體的界面②的激子拆分的結(jié)果是陽極得到電子，而空穴留在給體材料內(nèi)，與異質(zhì)結(jié)界面①處即電子給體-受體界面 ①的激子拆分方向恰恰相反，即與整個(gè)太陽能電池的光電流輸出方向相反，阻礙了光生載流子的有效收集。所以，陽極-給體界面②處的激子拆分是我們所不愿意看到的，也是造成有機(jī)太陽能電池性能不高的一個(gè)重要因素。圖3、是本實(shí)用新型帶有陽極修飾層的異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池界面激子拆分示意圖。為提高載流子收集效率，選用寬禁帶、低遷移率的半導(dǎo)體材料作為陽極修飾層，例如 Si02、LiF等材料，可以認(rèn)為是一種近似絕緣體的材料，激子是無法在絕緣材料與電極的界面進(jìn)行有效拆分的。圖3中，箭頭方向分別表示電子和空穴運(yùn)動(dòng)的方向，陽極修飾層的引入可以抑制陽極-給體界面②激子拆分(圖中已沒有箭頭所表示的電子流動(dòng))。激子在異質(zhì)結(jié)界面①得到高效拆分，從而使得光生載流子被兩個(gè)電極有效收集。然而，由于陽極修飾層較差的導(dǎo)電性能，若選擇不當(dāng)，對(duì)整個(gè)太陽能電池的載流子收集以及載流子傳輸是一個(gè)損害。所以，陽極修飾層的厚度一般選擇在0. 5-5nm左右，不能太厚。陽極修飾層插入在陽極與電子給體層之間，形成三角勢壘，通過隧穿效應(yīng)來提高載流子的收集效率。雖然，采用隧穿效應(yīng)提高載流子收集效率在OLED行業(yè)中早已經(jīng)被采用，但引入太陽能電池等光伏器件還是首次。本實(shí)用新型通過調(diào)整陽極修飾層的厚度，創(chuàng)造性的試驗(yàn)，使得在抑制陽極界面激子拆分的同時(shí)，同時(shí)有效的提高載流子收集效率，從而提升有機(jī)太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率。給體與受體界面①提供了高效的激子拆分界面，是雙層異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池進(jìn)行激子拆分產(chǎn)生光電流的關(guān)鍵區(qū)域。其激子拆分的方向是電子由給體向受體注入，被陰極所搜集，空穴向給體注入，被陽極所搜集；在電池內(nèi)部形成由陰極向陽極的光電流方向，是整個(gè)有機(jī)太陽能電池的動(dòng)力源泉。電子給體與電子受體界面①不限于雙層，可以是三層或更多層異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池。陽極修飾層能抑制陽極-光敏層之間的激子拆分，同時(shí)通過調(diào)節(jié)陽極修飾層厚度及隧穿效應(yīng)，來提高陽極空穴載流子收集效率，并最終達(dá)到提升異質(zhì)結(jié)有機(jī)小分子太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率的目的。[0019]本實(shí)用新型中所述的透明絕緣襯底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或聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚酯(PET)等透明絕緣塑膠層。透明電極2為氧化銦錫(ΙΤ0)、摻氟氧化錫(FTO)、氧化鋅鋁(ΑΖ0)、氧化鋅鎵 (GZO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋅硼(BZO)等氧化物透明電極或者金(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(dǎo)電薄膜等。其可以作為電池的陽極。陽極修飾層3可以采用二氧化硅(Sit)》、氟化鋰(LiF)、二氧化鈦(110 等寬禁帶、低載流子遷移率材料。其作用為抑制陽極界面激子拆分，同時(shí)通過隧穿效應(yīng)提高陽極界面載流子收集效率。由第一光敏層4和第二光敏層5組成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)是整個(gè)太陽能電池吸收太陽光產(chǎn)生光電流、光電壓的主要區(qū)域，即為有機(jī)小分子電子給體材料和電子受體材料構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。第一光敏層4為電子給體材料，作為給體層，可以選擇酞菁染料、并五苯、嚇啉化合物、菁染料等空穴傳輸材料；第二光敏層5為電子受體材料層，為PTCDA、C60、C70、二奈嵌苯及其衍生物等電子傳輸材料或者其他無機(jī)納米材料，例如CdSe，CdS, CdTe, Τ 02, ZnO, PbS, Sn02等，以及碳納米管，石墨烯等功能材料。緩沖層6為陰極緩沖層，一方面阻擋激子，另一方面可以阻擋陰極顆粒向光敏層的擴(kuò)散。緩沖層6可以選擇PED0T:PSS等聚合物導(dǎo)電薄膜或者BCP、Alq3等有機(jī)小分子材料。PED0T:PSS是一種高分子聚合物的水溶液，導(dǎo)電率很高，根據(jù)不同的配方，可以得到導(dǎo)電率不同的水溶液。由PEDOT和PSS兩種物質(zhì)構(gòu)成，PEDOT是EDOT (3,4-乙撐二氧噻吩單體)的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸鹽。這兩種物質(zhì)在一起極大的提高了 PEDOT的溶解性， 水溶液導(dǎo)電物主要應(yīng)用于有機(jī)發(fā)光二極管0LED，有機(jī)太陽能電池，有機(jī)薄膜晶體管，超級(jí)電容器等的電子傳輸層。高反射率電極7為金屬薄膜電極(如Ag，Al, Ca-Al, Mg-Ag等)或者基于金屬氧化物(iT0，ai0)的高反射率電極，可以作為電池的陰極。本實(shí)用新型提供的帶有陽極修飾的異質(zhì)結(jié)有機(jī)小分子太陽能電池的制備方法和步驟如下以石英玻璃、硅酸鹽玻璃、高硅氧玻璃或者其他透明絕緣材料作為圖1中的透明絕緣襯底1，作為薄膜生長的襯底，在超聲清洗之后，在其一側(cè)采用濺射或氣相沉積的方法， 鍍一層金屬氧化物導(dǎo)電薄膜；根據(jù)異質(zhì)結(jié)有機(jī)小分子太陽能電池器件制備的需求，將金屬氧化物導(dǎo)電薄膜激光刻劃或腐蝕成所需要的條紋電極圖樣，作為圖1中的透明電極2，其根據(jù)器件需要可以作為陽極；得到的透明導(dǎo)電玻璃經(jīng)過超聲清洗之后，通過手套箱、預(yù)處理室傳送到真空蒸鍍室中；采用真空蒸鍍的方式，通過控制沉積溫度和沉積時(shí)間來控制沉積薄膜厚度，在透明電極2上生長陽極修飾層3;然后采用真空蒸鍍的方式在陽極修飾層3上面生長光敏材料，得到第一光敏層4 和第二光敏層5，形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，作為太陽能電池吸收光產(chǎn)生光電流的主要區(qū)域；在第二光敏層5上，采用真空蒸鍍的方式，制備緩沖層6，并輔以相應(yīng)的電極掩膜板，生長制備金屬薄膜條紋電極，即圖1中的高反射率電極7，根據(jù)器件需要，作為單層有機(jī)小分子太陽能電池的陰極。實(shí)施例1圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)圖，透明絕緣襯底1采用石英玻璃；透明電極 2采用FTO條紋電極，其方塊電阻為20歐姆/ 口 ；陽極修飾層3采用Si02 二氧化硅材料； 第一光敏層4采用CuPc酞菁銅薄膜；第二光敏層5采用C60薄膜；緩沖層6采用有機(jī)材料 Alq3薄膜；高反射率電極7采用Al鋁薄膜電極。制備如下選用1. Imm厚度的拋光石英玻璃作為透明絕緣襯底1，采用超聲波的方法對(duì)石英玻璃進(jìn)行清洗2-3個(gè)小時(shí)；采用濺射的方法在石英玻璃一側(cè)生長一層ITO導(dǎo)電薄膜，作為透明電極2，ITO薄膜厚度為IOOnm ；將ITO導(dǎo)電薄膜光刻腐蝕成所需要的條紋電極圖樣作為太陽能電池的陽極；整個(gè)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小時(shí)， 之后將ITO玻璃基板在130攝氏度的高溫爐中烘烤10分鐘；將樣品從高溫爐中取出，通過PVD濺射方式，遮蓋Si02靶材，小面積低速率濺射， 在ITO陽極表面生長一層Si02薄膜，作為陽極修飾層3，厚度為4nm ；在Si02薄膜之上采用真空蒸鍍，生長CuPc酞菁銅薄膜作為第一光敏層4，其厚度為20nm，生長速率為0. 01nm/s ；在CuPc薄膜之上，采用真空蒸鍍生長C60薄膜作為第二光敏層5，其厚度為60nm， 生長速率為0. 03nm/s ；在C60薄膜之上，采用真空蒸鍍生長Alq3薄膜作為緩沖層6，其厚度為6nm，生長速率為0. O lnm/s ；在Alq3薄膜之上，輔以條紋掩膜板真空蒸鍍IOOnm厚度Al鋁條紋電極作為高反射率電極1，太陽能電池的陰極，生長速率為0. llnm/s。 至此，制備完成本實(shí)用新型中具有陽極修飾層的異質(zhì)結(jié)的，小分子的，有機(jī)太陽能電池。實(shí)施例2見圖1，透明絕緣襯底1采用石英玻璃；透明電極2采用ITO條紋電極，其方塊電阻為15歐姆/ 口 ；陽極修飾層3采用LiF氟化鋰材料；第一光敏層4采用CuPc酞菁銅薄膜； 第二光敏層5采用C60薄膜；緩沖層6采用有機(jī)材料Alq3薄膜；高反射率電極7采用Al鋁薄膜電極。具體制備如下選用1. 5mm厚度的拋光石英玻璃作為透明絕緣襯底1，采用超聲波的方法對(duì)石英玻璃進(jìn)行清洗3個(gè)小時(shí)；采用濺射的方法在石英玻璃一側(cè)生長一層ITO導(dǎo)電薄膜，作為透明電極2。ITO薄膜厚度為120nm ；將ITO導(dǎo)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2 ；整個(gè)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. 5小時(shí)，之后將ITO玻璃基板在150攝氏度的高溫爐中烘烤15分鐘；將樣品從高溫爐中取出，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LiF氟化鋰薄膜作為陽極修飾層3，其厚度為lnm， 生長速率為0. 02nm/s ；在LiF氟化鋰薄膜之上采用真空蒸鍍的方式生長CuPc酞菁銅薄膜作為第一光敏層4，其厚度為50nm，生長速率為0. 05nm/s ；在CuPc薄膜之上，采用真空蒸鍍的方式生長C60薄膜作為第二光敏層5，其厚度為 IOOnm,生長速率為0. 06nm/s ；在C60薄膜之上，采用真空蒸鍍的方式生長Alq3薄膜作為緩沖層6，其厚度為 IOnm,生長速率為0. 03nm/s ；在Alq3薄膜之上，輔以條紋掩膜板真空蒸鍍120nm厚度Al鋁條紋電極7作為高反射率電極1及太陽能電池的陰極，生長速率為0. 15nm/s。至此，制備完成本實(shí)用新型中帶有陽極修飾的異質(zhì)結(jié)有機(jī)小分子太陽能電池。實(shí)施例3如圖1，透明絕緣襯底1采用石英玻璃；透明電極2采用ITO條紋電極，其方塊電阻為17歐姆/ 口 ；陽極修飾層3采用TiOx材料；第一光敏層4采用并五苯薄膜；第二光敏層 5采用C60薄膜；緩沖層6采用有機(jī)材料BCP薄膜；高反射率電極7采用Ag銀薄膜電極。制備如下選用3. 2mm厚度的拋光石英玻璃作為透明絕緣襯底1，采用超聲波的方法對(duì)石英玻璃進(jìn)行清洗4個(gè)小時(shí)；采用濺射的方法在石英玻璃一側(cè)生長一層ITO導(dǎo)電薄膜，作為透明電極2。ITO薄膜厚度為150nm ；將ITO導(dǎo)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；整個(gè)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2小時(shí)， 之后將ITO玻璃基板在170攝氏度的高溫爐中烘烤10分鐘；采用10毫升四異丙醇鈦(Ti[0CH(CH3)2]4，99.999%)，50毫升2-甲氧基乙醇 (CH30CH2CH20H, 99. 9%)，5毫升乙醇胺(H2NCH2CH20H，99%)作為原料，混合制備成TiOx的前驅(qū)體溶液，并加熱至80度，攪拌2小時(shí)；再次加熱至120度，攪拌1小時(shí)；將ITO樣品從高溫爐中取出，采用制備好的TiOx前驅(qū)體溶液，通過旋涂的方式，將 ITO樣品置于勻膠機(jī)上進(jìn)行旋涂制備TiOx薄膜。旋涂轉(zhuǎn)速為6000RPM。得到的樣品在攝氏 110度高溫加熱20分鐘，通過水解過程得到TiOx薄膜，厚度為3nm，作為陽極修飾層3 ；將樣品送入真空蒸鍍系統(tǒng)的生長腔中，其真空度為10_8-10_7Τοπ·，在TiOx薄膜之上采用真空蒸鍍的方式生長并五苯薄膜作為第一光敏層4，其厚度為60nm，生長速率為 0. 05nm/s ；在并五苯薄膜之上，采用真空蒸鍍的方式生長C60薄膜作為第二光敏層5，其厚度為120nm，生長速率為0. 06nm/s ；在C60薄膜之上，采用真空蒸鍍的方式生長BCP薄膜作為緩沖層6，其厚度為 12nm,生長速率為0. 02nm/s ；在BCP薄膜之上，輔以條紋掩膜板真空蒸鍍150nm厚度Al鋁條紋電極作為高反射率電極1及太陽能電池的陰極，生長速率為0. 15nm/s。制備完成。本實(shí)用新型中的關(guān)鍵技術(shù)是采用陽極修飾層對(duì)陽極-有機(jī)光敏層界面進(jìn)行修飾，抑制激子在陽極界面的拆分，同時(shí)控制陽極修飾層的厚度，通過隧穿效應(yīng)提高陽極載流子收集效率，從而能夠最終提高異質(zhì)結(jié)有機(jī)小分子太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。
權(quán)利要求1.一種有機(jī)太陽能電池，基于有機(jī)小分子的異質(zhì)結(jié)，其特征在于透明絕緣襯底(1)的透明電極(2)上有一陽極修飾層(3)，在該修飾層(3)上面有一用于抑制陽極界面激子拆分的第一光敏層(4)，作為電子給體，與第二光敏層(5)組成電子給體-受體界面(①)，是產(chǎn)生光電流的重要區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有機(jī)太陽能電池，其特征在于所述陽極修飾層的厚度為 0. 5-5nm，插入在陽極與電子給體層之間，形成三角勢壘，通過隧穿效應(yīng)進(jìn)行提高載流子的收集效率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有機(jī)太陽能電池，其特征在于所述電子給體-受體界面 (①)，至少有二個(gè)光敏層，作為電子給體的陽極修飾層上面的為第一光敏層與其上的第二光敏層構(gòu)成有機(jī)小分子異質(zhì)結(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種有機(jī)太陽能電池，其特征在于所述第二光敏層是作為電子受體沉積在電子給體的第一光敏層上面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有機(jī)太陽能電池，其特征在于所述陽極修飾層由二氧化硅或氟化鋰或二氧化鈦寬禁帶、低載流子遷移率薄膜材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有機(jī)太陽能電池，其特征在于所述陽極修飾層是沉積在包括由透明氧化物、金屬薄膜或碳納米管導(dǎo)電薄膜的陽極上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有機(jī)太陽能電池，其特征在于所述陽極修飾層上面的第一光敏層系電子給體材料，由酞菁染料或并五苯或卟啉化合物或菁染料空穴傳輸材料制成；第一光敏層上設(shè)有第二光敏層，為電子受體材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7—種有機(jī)太陽能電池，其特征在于所述第二光敏層為電子受體材料層，由高分子水溶液導(dǎo)電聚合物電子傳輸材料或者無機(jī)納米材料或PEDOT =PSS制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有機(jī)太陽能電池，其特征在于所述透明電極上的陽極修飾層是一種真空蒸鍍的，在該陽極修飾層上面還有一層真空蒸鍍的光敏層作為電子給體的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種有機(jī)太陽能電池，其特征在于采用真空蒸鍍在陽極修飾層上面還有一層作為電子受體的光敏層，形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種有機(jī)太陽能電池，該電池具有異質(zhì)結(jié)有機(jī)小分子器件陽極修飾技術(shù)，屬于光電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。克服現(xiàn)有技術(shù)轉(zhuǎn)換效率低，采用陽極插入層修飾陽極界面，抑制陽極激子拆分，提高載流子收集效率和能量轉(zhuǎn)換效率。主要技術(shù)特征在透明電極上面有一陽極修飾層，該修飾層用于抑制陽極界面激子拆分。在修飾層上由電子給體和電子受體的光敏層構(gòu)成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。在陽極-給體界面上有效抑制陽極界面激子拆分的同時(shí)，能夠有效的收集載流子，從而提升了有機(jī)太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)H01L51/42GK202308074SQ201120336690
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者孫曉宇, 李毅 申請(qǐng)人:深圳市創(chuàng)益科技發(fā)展有限公司