專利名稱：一種半透明有機(jī)太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于有機(jī)光電器件技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)計(jì)一種半透明的有機(jī)太陽能電池。
背景技術(shù)：
隨著煤炭、石油和天然氣等非可再生資源日益枯竭，新能源特別是太陽能電池成為國內(nèi)外研究關(guān)注的一個熱點(diǎn)。在太陽能電池家族中，有機(jī)太陽能電池(organic solarcells, OSCs)由于具備柔性、質(zhì)量輕、易制備以及潛在的價格低廉優(yōu)勢而受到廣泛的關(guān)注，并且其最高效率已經(jīng)超過9%。有機(jī)太陽能電池的另一特點(diǎn)是其吸收光譜不連續(xù)，易制成在可見光波段半透明的有機(jī)太陽能電池器件?；谶@一性質(zhì)，有機(jī)太陽能電池可被集成到玻璃上制備既具有光伏發(fā)電功能又在特定可見光波段透明的光伏玻璃(Photovoltaicglass, PV-Glass)0這種玻璃在光伏半透明彩色窗戶、光伏建筑一體化和光伏汽車玻璃等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，半透明有機(jī)太陽能電池也因此成為光伏領(lǐng)域中一個新的研究熱點(diǎn)。有機(jī)太陽能電池的效率長期以來一直很低，這是由于當(dāng)光照射到有機(jī)半導(dǎo)體時，有機(jī)半導(dǎo)體中通常不會形成自由載流子，而是形成激子(電子空穴對)。具有不同能級結(jié)構(gòu)的兩種有機(jī)材料的界面被認(rèn)為是激子分離的地方，因此光照射形成的激子必須擴(kuò)散到界面才能最大程度的分離。因此要提高有機(jī)材料對太陽光的吸收，可以采用級連結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)，這樣半透明太陽能電池的研究變得很有必要?，F(xiàn)有一種有機(jī)太陽能電池結(jié)構(gòu)如下:依次包括:Glass、IT0、載流子傳輸層、有機(jī)活性層、載流子傳輸層、透明電極，此結(jié)構(gòu)存在的問題為透過率和吸光效率之間不能同時優(yōu)化，同時有機(jī)活性層太薄，無法完全吸收入射光子。
發(fā)明內(nèi)容為解決上述問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種半透明的有機(jī)太陽能電池，利用一維光子晶體的禁帶特性提高活性層吸光效率，同時利用一維光子晶體的通帶特性保持電池器件的高透過率特性。本實(shí)用新型解決其問題所采用的技術(shù)方案是:一種半透明有機(jī)太陽能電池，包括基底和有機(jī)太陽能電池元件，有機(jī)太陽能電池元件包含:一維光子晶體層，位于基底之上；第一透明電極層，位于一維光子晶體層之上；電池層，位于第一透明電極層之上；第二透明電極層，位于電池層之上；減反層，位于第二透明電極層之上。進(jìn)一步地，還包括相位匹配層，位于一維光子晶體層之上，第一透明電極層之下。進(jìn)一步地，所述電池層還包含:第一載流子傳輸層，位于第一透明電極層之上；活性層，位于第一載流子傳輸層之上；第二載流子傳輸層，位于活性層之上。優(yōu)選地，所述活性層為窄帶隙有機(jī)物和富勒烯的衍生物PCBM的混合物。進(jìn)一步地，所述第一載流子傳輸層與第二載流子傳輸層傳輸不同的載流子。第一載流子傳輸層為空穴傳輸層，同時第二載流子傳輸層為電子傳輸層；或者第一載流子傳輸層為電子傳輸層，同時第二載流子傳輸層為空穴傳輸層。優(yōu)選地，一維光子晶體層由兩種折射率不同的薄膜介質(zhì)周期性排列而成。優(yōu)選地，所述減反層為低吸收材料。作為本實(shí)用新型的另一個技術(shù)方案，一種半透明有機(jī)太陽能電池，包括基底和有機(jī)太陽能電池元件，有機(jī)太陽能電池元件包含:減反層，位于基底之上；第二透明電極層，位于減反層之上；電池層，位于第二透明電極層之上；第一透明電極層，位于電池層之上；一維光子晶體層，位于第一透明電極層之上。進(jìn)一步地，還包括相位匹配層，位于一維光子晶體層之下，第一透明電極層之上。本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型采用的一種半透明的有機(jī)太陽能電池，采用的結(jié)構(gòu)為:依次包括:減反層、第一透明電極層、載流子傳輸層、活性層、載流子傳輸層、第一透明電極層、相位匹配層、一維光子晶體層、基底，利用一維光子晶體在通帶內(nèi)具有高透過率、在禁帶內(nèi)具有高反射率的特點(diǎn)，同時優(yōu)化半透明有機(jī)太陽能電池的吸光效率和器件透明度。
以下結(jié)合附圖和實(shí)例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

圖1是本實(shí)用新型的一種半透明有機(jī)太陽能電池的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實(shí)用新型的一種半透明有機(jī)太陽能電池的一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實(shí)用新型的一種半透明有機(jī)太陽能電池中電池層的結(jié)構(gòu)圖；圖4是本實(shí)用新型的一種半透明有機(jī)太陽能電池中一維光子晶體層的結(jié)構(gòu)圖；圖5是本實(shí)用新型的一種半透明有機(jī)太陽能電池的吸收率/透過率的曲線分布圖；圖6是本實(shí)用新型第一載流子傳輸層為空穴傳輸層，同時第二載流子傳輸層為電子傳輸層的情況下的制備方法步驟；圖7是本實(shí)用新型第一載流子傳輸層為電子傳輸層，同時第二載流子傳輸層為空穴傳輸層的情況下的制備方法步驟；圖8是本實(shí)用新型一種半透明有機(jī)太陽能電池另一技術(shù)方案的結(jié)構(gòu)圖；圖9是本實(shí)用新型一種半透明有機(jī)太陽能電池另一技術(shù)方案的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
參照圖1-圖9，本實(shí)用新型的一種半透明有機(jī)太陽能電池，包括基底7和有機(jī)太陽能電池元件，有機(jī)太陽能電池元件包含:一維光子晶體層1，位于基底7之上；第一透明電極層3，位于一維光子晶體層I之上；電池層4，位于第一透明電極層3之上；第二透明電極層5,位于電池層4之上；減反層6,位于第二透明電極層5之上。參照圖3，所述電池層4還包含:第一載流子傳輸層41，位于第一透明電極層3之上；活性層42,位于第一載流子傳輸層41之上；第二載流子傳輸層43,位于活性層42之上。所述第一載流子傳輸層41與第二載流子傳輸層43傳輸不同的載流子。不同的載流子傳輸層把活性層中產(chǎn)生的載流子分別傳輸?shù)讲煌耐该麟姌O層，從而形成不同的電極。參照圖2，作為本實(shí)用新型的一個實(shí)施例，還包括相位匹配層2，位于一維光子晶體層I之上，第一透明電極層3之下。一種半透明有機(jī)太陽能電池的具體結(jié)構(gòu)為:一維光子晶體層I，位于基底7之上；相位匹配層2，位于一維光子晶體層I之上；第一透明電極層3，位于相位匹配層2之上；電池層4,位于第一透明電極層3之上；第二透明電極層5,位于電池層4之上；減反層6，位于第二透明電極層5之上。進(jìn)一步來說,第一載流子傳輸層41為空穴傳輸層，同時第二載流子傳輸層43為電子傳輸層；或者第一載流子傳輸層41為電子傳輸層，同時第二載流子傳輸層43為空穴傳輸層。具體的結(jié)構(gòu)為:依次包括:減反層6、第二透明電極層5、第二載流子傳輸層43 (電子傳輸層或者空穴傳輸層)、活性層42、第一載流子傳輸層41 (空穴傳輸層或者電子傳輸層)、第一透明電極層3、相位匹配層2、一維光子晶體層1、基底7。所述活性層42為窄帶隙有機(jī)物和富勒烯的衍生物PCBM的混合物；電子傳輸層為可以為TiOx、ZnO等，空穴傳輸層可以為為WO3、Mo03、V2O5等；一維光子晶體層I由兩種折射率不同的薄膜介質(zhì)周期性排列而成，參照圖4，具體來說可以為Ti02/Si02 ;所述減反層6可以為任意一種低吸收材料，例如WO3、Mo03、V2O5、TeO等；所述第一透明電極層3和第二透明電極層5這兩個透明電極均可為IT0、石墨烯、金屬透明電極等，這里采用Ag。減反層6與第一透明電極層3共同構(gòu)成入射透明電極；第二透明電極層5、相位匹配層2和一維光子晶體層I共同構(gòu)成“一維光子晶體層透明電極”，由于一維光子晶體在通帶內(nèi)具有高透過率、在禁帶內(nèi)具有高反射率，此時，處于一維光子晶體通帶內(nèi)的可見光子能順利通過一維光子晶體，這一特性可保證器件在可見光波段的高透明度。另一方面，處于一維光子晶體第一禁帶內(nèi)的近紅外光子和第二禁帶內(nèi)的紫外光子被一維光子晶體反射回電池內(nèi)部，并在入射透明電極和一維光子晶體透明電極之間往返傳播。因此，此結(jié)構(gòu)的半透明有機(jī)太陽能電池具有同時優(yōu)化半透明有機(jī) 太陽能電池中活性層42吸光效率和器件透明度的潛質(zhì)。減反層6與Ag陰極即第一透明電極層3共同構(gòu)成入射透明電極；Ag陽極即第二透明電極層5、相位匹配層2Si02和一維光子晶體層I共同構(gòu)成“一維光子晶體層透明電極”，其中一維光子晶體層I由Ti02/Si02薄膜周期性排列而成，第一禁帶和第二禁帶分別處于近紅外和紫外波段。在電池器件內(nèi)部，電子傳輸層和空穴傳輸層分別為TiOj^PWO3t5活性層42為窄帶隙有機(jī)物聚[2，6-(4，4-雙-(2-乙基己基)-4H-環(huán)戊[2，l_b; 3，4_b]雙噻吩)_交替-4，7-(2,1,3-苯并噻二唑)](PCPDTBT)和富勒烯的衍生物PCBM的混合物。參照圖5，該結(jié)構(gòu)電池器件在近紅外的吸收效率高達(dá)83.5%，在紫外波段的吸收效率最高為73.8% ;同時在可見光波段430-700nm的透過率高達(dá)71%，平均透過率為55%。本實(shí)用新型一種半透明有機(jī)太陽能電池的第一個實(shí)施例的制備方法如下:參照圖6,對于第一載流子傳輸層41為空穴傳輸層，同時第二載流子傳輸層43為電子傳輸層的情況:S1、利用電子束蒸發(fā)在潔凈的石英玻璃基底7上制備Ti02/Si02周期性排列的一維光子晶體層I ;S2、在一維光子晶體層I的表面制作SiO2層作為相位匹配層2，然后用真空熱蒸發(fā)在相位匹配層2上蒸鍍Ag膜做第一透明電極層3 ；[0038]S3、在第一透明電極層3上蒸鍍WO3薄膜為空穴傳輸層；S4、在PCPDTBT和PCBM的混合氯苯溶液中，加入I，8_辛二硫醇控制活性層42的形貌和相分離程度，利用甩膠機(jī)將混合溶液旋涂在空穴傳輸層上，在真空中低溫烘干后得到有機(jī)活性層42 ；S5、以四異丙醇鈦為前驅(qū)體，與乙二醇甲基醚及乙醇胺混合，控制反應(yīng)溫度及反應(yīng)時間得到均勻分散的水溶性TiOx ;將水溶性TiOx旋涂在有機(jī)活性層42表面，然后低溫退火，形成電子傳輸層；S6、利用真空熱蒸發(fā)設(shè)備在電子傳輸層表面蒸鍍Ag膜做第二透明電極層5，然后再在第二透明電極層5之上蒸鍍WO3膜形成減反層6 ；參照圖7，對于第一載流子傳輸層41為電子傳輸層，同時第二載流子傳輸層43為空穴傳輸層的情況:Tl、利用電子束蒸發(fā)在潔凈的石英玻璃基底7上制備Ti02/Si02周期性排列的一維光子晶體層I ;T2、在一維光子晶體層I的表面制作SiO2層作為相位匹配層2，然后用真空熱蒸發(fā)在相位匹配層2上蒸鍍Ag膜做第一透明電極層3 ；T3、以四異丙醇鈦為前驅(qū)體，與乙二醇甲基醚及乙醇胺混合，控制反應(yīng)溫度及反應(yīng)時間得到均勻分散的水溶性TiOx ;將水溶性TiOx旋涂在第一透明電極層3表面，然后低溫退火，形成電子傳輸層；T4、在PCPDTBT和PCBM的混合氯苯溶液中，加入I，8_辛二硫醇控制活性層42的形貌和相分離程度，利用甩膠機(jī)將混合溶液旋涂在電子傳輸層上，在真空中低溫烘干后得到有機(jī)活性層42 ；T5、在有機(jī)活性層42上蒸鍍WO3薄膜形成空穴傳輸層；T6、利用真空熱蒸發(fā)設(shè)備在空穴傳輸層表面蒸鍍Ag膜做第二透明電極層5，然后再在第二透明電極層5之上蒸鍍WO3膜形成減反層6。參照圖8，作為本實(shí)用新型的另一個技術(shù)方案，一種半透明有機(jī)太陽能電池，包括基底7和有機(jī)太陽能電池元件，有機(jī)太陽能電池元件包含:減反層6，位于基底7之上；第二透明電極層5，位于減反層6之上；電池層4，位于第二透明電極層5之上；第一透明電極層3，位于電池層4之上；一維光子晶體層1，位于第一透明電極層3之上。參照圖9，進(jìn)一步地，作為此技術(shù)方案的一個實(shí)施例，還包括相位匹配層2，位于一維光子晶體層I之下，第一透明電極層3之上。具體結(jié)構(gòu)為:依次包括:一維光子晶體層1、相位匹配層2、第一透明電極層3、第一載流子傳輸層41 (空穴傳輸層或者電子傳輸層)、活性層42、第二載流子傳輸層43(電子傳輸層或者空穴傳輸層)、第二透明電極層5、減反層6、基底7。本實(shí)施例的制備方法與本實(shí)用新型的第一個技術(shù)方案的實(shí)施例的制備方法類似，各結(jié)構(gòu)層制備的順序有差別。以上所述，只是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，本實(shí)用新型并不局限于上述實(shí)施方式，只要其以相同的手段達(dá)到本實(shí)用新型的技術(shù)效果，都應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種半透明有機(jī)太陽能電池，包括基底(7)和有機(jī)太陽能電池元件，其特征在于:有機(jī)太陽能電池元件包含:一維光子晶體層(1)，位于基底(7)之上；第一透明電極層(3)，位于一維光子晶體層(I)之上；電池層(4)，位于第一透明電極層(3)之上；第二透明電極層(5)，位于電池層(4)之上；減反層(6)，位于第二透明電極層(5)之上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半透明有機(jī)太陽能電池，其特征在于:還包括相位匹配層(2)，位于一維光子晶體層(I)之上，第一透明電極層(3)之下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半透明有機(jī)太陽能電池，其特征在于:所述電池層(4)還包含:第一載流子傳輸層(41)，位于第一透明電極層(3)之上；活性層(42)，位于第一載流子傳輸層(41)之上；第二載流子傳輸層(43 )，位于活性層(42 )之上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種半透明有機(jī)太陽能電池，其特征在于:所述第一載流子傳輸層(41)與第二載流子傳輸層(43 )傳輸不同的載流子。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種半透明有機(jī)太陽能電池，其特征在于:第一載流子傳輸層(41)為空穴傳輸層，同時第二載流子傳輸層(43)為電子傳輸層；或者 第一載流子傳輸層(41)為電子傳輸層，同時第二載流子傳輸層(43)為空穴傳輸層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半透明有機(jī)太陽能電池，其特征在于:一維光子晶體層(I)由兩種折射率不同的薄膜介質(zhì)周期性排列而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半透明有機(jī)太陽能電池，其特征在于:所述減反層(6)為低吸收材料。
8.—種半透明有機(jī)太陽能電池，包括基底(7)和有機(jī)太陽能電池元件，其特征在于:有機(jī)太陽能電池元件包含:減反層(6)，位于基底(7)之上；第二透明電極層(5)，位于減反層(6)之上；電池層(4)，位于第二透明電極層(5)之上；第一透明電極層(3)，位于電池層(4)之上；一維光子晶體層(I)，位于第一透明電極層(3)之上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種半透明有機(jī)太陽能電池，其特征在于:還包括相位匹配層(2)，位于一維光子晶體層(I)之下，第一透明電極層(3)之上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種半透明有機(jī)太陽能電池，采用的結(jié)構(gòu)為依次包括減反層、第二透明電極層、載流子傳輸層、活性層、載流子傳輸層、第一透明電極層、相位匹配層、一維光子晶體層、基底；利用一維光子晶體在通帶內(nèi)具有高透過率、在禁帶內(nèi)具有高反射率的特點(diǎn)，在入射透明電極和一維光子晶體透明電極之間形成一維光子晶體雙模式光學(xué)微腔；一方面可見光可通過，保證器件的高透明度，另一方面提高活性層在近紅外和紫外兩個波段的吸光效率。本實(shí)用新型具有同時優(yōu)化半透明有機(jī)太陽能電池的吸光效率和器件透明度的特點(diǎn)。
文檔編號H01L51/44GK203055993SQ201220631498
公開日2013年7月10日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者龍擁兵, 鄧奇光, 陳依, 張陽東, 劉陽天, 鄭卓燊 申請人:五邑大學(xué)