專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于微腔結(jié)構(gòu)的聚合物太陽(yáng)能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種基于微腔結(jié)構(gòu)的聚合物太陽(yáng)能電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池多數(shù)以ITO作為電極，而且昂貴的銦是構(gòu)成ITO的主要原料，因此高成本將是導(dǎo)致有機(jī)太陽(yáng)能電池在大規(guī)模生產(chǎn)中出現(xiàn)瓶頸的主要因素之一。另一方面，生產(chǎn)ITO需要很強(qiáng)的能量，在提供能量的過(guò)程中會(huì)引起很多環(huán)境問(wèn)題，這些環(huán)境問(wèn)題最終會(huì)導(dǎo)致能源成本的提高，從而引起太陽(yáng)能電池成本的提高。而聚合物太陽(yáng)能電池由于其廉價(jià)、柔性、大面積等優(yōu)點(diǎn)，已成為近年來(lái)清潔、可再生能源研究領(lǐng)域的ー個(gè)熱點(diǎn)，其中ITO-Free聚合物太陽(yáng)能電池在一步步的探索中被認(rèn)為具有很強(qiáng)大的商業(yè)潛能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于微腔結(jié)構(gòu)的聚合物太陽(yáng)能電池的制備方法，該太陽(yáng)能電池以石英玻璃為襯底，以在石英玻璃上蒸鍍的W03/Ag/W03膜為底電極，以聚合物材料為有源層，以L(fǎng)iF/Al復(fù)合層為頂電極；Ag和Al電極之間形成金屬微腔結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠使器件內(nèi)部的光來(lái)回振蕩，發(fā)生光學(xué)諧振作用，使有源層材料的吸收得到增強(qiáng)，從而提高了器件的短路電流密度和能量轉(zhuǎn)化效率，利用本方法制備的微腔結(jié)構(gòu)聚合物太陽(yáng)能電池，解決了傳統(tǒng)聚合物太陽(yáng)能電池吸收范圍窄、光子率利用率低的問(wèn)題。有源層為P3HT (Poly(3-hexylthiophene-2, 5-diyl),聚 3 己基噻吩)與 PCBM ( [6, 6] -phenyl-C61-butyric acidmethyl ester,富勒烯衍生物)按照I :0. 8 I的質(zhì)量比混合物。本發(fā)明所述的ー種基于微腔結(jié)構(gòu)的聚合物太陽(yáng)能電池的制備方法，其步驟如下I.使用清潔的石英玻璃作為襯底，首先通過(guò)真空蒸發(fā)的方式在石英玻璃上得到半透明底電極(W03/Ag/W03):在多源有機(jī)氣相分子沉積系統(tǒng)中，在石英玻璃上依次蒸鍍30 50nm厚的WO3,10 20nm厚的Ag和15 30nm厚的WO3,蒸發(fā)速度為0. 2 0. 5nm/s,使用膜厚儀檢測(cè)材料蒸發(fā)速度；2.有源層是聚合物太陽(yáng)能電池的吸光層，平整的有源層薄膜是獲得高效率電池的基礎(chǔ)，我們使用聚合物材料制備體異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的有源層將給體材料P3HT (Poly (3-hexylthiophene-2, 5-diyl),聚 3 己基噻吩)與受體材料 PCBM( [6, 6] -phenyl-C61-butyricacid methyl ester,富勒烯衍生物)按照I :0. 8 I的質(zhì)量比進(jìn)行混合,然后加入有機(jī)溶齊IK ニ氯苯、氯苯、甲苯等)中，磁力攪拌72 90小時(shí),配置成均勻的濃度為10 20mg/mL的混合溶液；然后將混合溶液旋涂在具有半透明底電極的石英玻璃上，旋涂速度為500 1500rpm,得到50 IOOnm厚的有源層薄膜；最后對(duì)有源層薄膜進(jìn)行退火，退火溫度為140°C~ 160°C，退火時(shí)間為0. 3 0. 5小時(shí)；3.最后通過(guò)真空蒸發(fā)的方法在有源層薄膜上制備頂電扱在多源有機(jī)氣相分子沉積系統(tǒng)中，在有源層薄膜上蒸鍍厚度為0. 8 I. 2nm的LiF，在LiF上再蒸鍍厚度為80 120nm的Al,構(gòu)成LiF/Al復(fù)合頂電極,從而制備完成本發(fā)明所述的ー種基于微腔結(jié)構(gòu)(ITO-Free)的聚合物太陽(yáng)能電池。本發(fā)明所制備得到的WO3薄膜非常均勻致密，與玻璃表面接觸良好，可以減少太陽(yáng)能電池的串聯(lián)電阻。WO3是ー種有機(jī)P型半導(dǎo)體材料，可以有效地傳導(dǎo)激子(光照下有源層中產(chǎn)生)分離后的空穴。ITO-Free有微腔結(jié)構(gòu)器件和ITO無(wú)微腔結(jié)構(gòu)器件的短路電流、開(kāi)路電壓、填充因子和能量轉(zhuǎn)換效率的比較詳見(jiàn)表I。表I : ITO-Free有微腔結(jié)構(gòu)的器件與ITO無(wú)微腔結(jié)構(gòu)的器件在lOOmW/cm2和AM(大氣質(zhì)量)為I. 5G的環(huán)境下的特征參數(shù)比較
權(quán)利要求
1.一種基于微腔結(jié)構(gòu)的聚合物太陽(yáng)能電池，其特征在于該太陽(yáng)能電池以石英玻璃為襯底，以在石英玻璃上蒸鍍的W03/Ag/W03膜為底電極，以聚合物材料為有源層，以L(fǎng)iF/Al復(fù)合層為頂電極，Ag和Al電極之間形成金屬微腔結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求I所述ー種基于微腔結(jié)構(gòu)的聚合物太陽(yáng)能電池，其特征在于有源層為P3HT與PCBM按照I :0. 8 I的質(zhì)量比混合。
3.如權(quán)利要求2所述ー種基于微腔結(jié)構(gòu)的聚合物太陽(yáng)能電池，其特征在于有源層的厚度為50 lOOnm。
4.權(quán)利要求3所述的ー種基于微腔結(jié)構(gòu)的聚合物太陽(yáng)能電池的制備方法，其步驟如下 1)在清潔的石英玻璃襯底上依次蒸鍍30 50nm厚的W03、10 20nm厚的Ag和15 30nm厚的WO3作為半透明底電極,蒸發(fā)速度為0. 2 0. 5nm/s ； 2)將給體材料P3HT與受體材料PCBM按照I:0. 8 I的質(zhì)量比進(jìn)行混合，然后加入有機(jī)溶劑中，磁力攪拌72 90小時(shí),配置成均勻的濃度為10 20mg/mL的混合溶液；然后將混合溶液旋涂在具有半透明底電極的石英玻璃上，旋涂速度為500 1500rpm，得到50 IOOnm厚的有源層薄膜；最后對(duì)有源層薄膜進(jìn)行退火，退火溫度為140°C 160°C，退火時(shí)間為0. 3 0. 5小時(shí)； 3)在有源層薄膜上蒸鍍厚度為0.8 I. 2nm的LiF，在LiF上再蒸鍍厚度為80 120nm的Al，構(gòu)成LiF/Al復(fù)合頂電極，從而制備得到基于微腔結(jié)構(gòu)的聚合物太陽(yáng)能電池。
5.如權(quán)利要求4所述的ー種基于微腔結(jié)構(gòu)的聚合物太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于有機(jī)溶劑為ニ氯苯、氯苯或甲苯。
全文摘要
本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于微腔結(jié)構(gòu)的聚合物太陽(yáng)能電池及其制備方法。該太陽(yáng)能電池以石英玻璃為襯底，以WO3/Ag/WO3膜為底電極，以聚合物材料為有源層，以L(fǎng)iF/Al復(fù)合層為頂電極，Ag和Al電極之間形成金屬微腔結(jié)構(gòu)。首先在玻璃襯底上依次生長(zhǎng)均勻致密的WO3、Ag、WO3薄膜，然后旋涂上一層二氯苯等溶解的P3HTPCBM溶液，退火，最后利用真空蒸鍍技術(shù)依次生長(zhǎng)LiF、Al。利用本方法制備的微腔結(jié)構(gòu)聚合物太陽(yáng)能電池，解決了傳統(tǒng)聚合物太陽(yáng)能電池吸收范圍窄、光子率利用率低的問(wèn)題。微腔結(jié)構(gòu)通過(guò)金屬Ag和Al的共振效應(yīng)提高光子吸收，從而有效地提高了太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)H01L51/48GK102832346SQ20121031923
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者沈亮, 阮圣平, 劉彩霞, 于文娟, 郭文濱, 董瑋, 張歆東, 陳維友, 陸斌武 申請(qǐng)人:吉林大學(xué), 無(wú)錫海達(dá)安全玻璃有限公司