一種有機(jī)無機(jī)復(fù)合的太陽能電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種有機(jī)無機(jī)復(fù)合的太陽能電池，包括透明導(dǎo)電襯底、CuS界面修飾層、空穴傳輸層、有機(jī)活性層、電子傳輸層、金屬電極。其制備方法包括：在透明導(dǎo)電襯底上沉積金屬Cu薄膜；Cu和硫粉反應(yīng)得到CuS薄膜；在CuS表面旋涂空穴傳輸層；在空穴傳輸層上甩上有機(jī)活性層；在活性層上蒸發(fā)電子傳輸層;在電子傳輸層表面蒸發(fā)金屬電極。本發(fā)明用CuS修飾透明電極和空穴傳輸層之間的界面，不僅大大降低了成本并保持電極透光率基本不變，而且電池能量轉(zhuǎn)化效率顯著提高；同時(shí)將透明ITO電極的功函數(shù)從4.7eV提升到4.9eV，實(shí)現(xiàn)了更好的能帶匹配，有利于空穴的傳輸,從而提升了器件的性能。另一方面CuS避免了PEDOT:PSS層對(duì)導(dǎo)電襯底的腐蝕，增強(qiáng)了器件的穩(wěn)定性。
【專利說明】一種有機(jī)無機(jī)復(fù)合的太陽能電池及其制備方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及一種硫化銅作為界面修飾層的有機(jī)無機(jī)復(fù)合的光伏電池及其制備方法，既屬于薄膜材料與器件領(lǐng)域，也屬于新能源材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀(jì)以來，隨著社會(huì)的發(fā)展和人類生活水平的提高，人類對(duì)能源的需求日益增力口，煤、石油、天然氣等不可再生能源逐漸衰竭。能源問題迫切需要解決。太陽能具有清潔、綠色和取之不盡、用之不竭等眾多優(yōu)點(diǎn)，因而具有廣闊的發(fā)展前景。
[0003]目前各類太陽能電池中硅基太陽能電池的制備技術(shù)較成熟，效率超過20%。然而昂貴的價(jià)格限制了其進(jìn)一步廣泛地應(yīng)用；無機(jī)化合物基太陽能電池能夠穩(wěn)定有效地利用太陽光，效率高，成本低，易大規(guī)模生產(chǎn)，但是含有一些有毒元素，如:As和Cd，污染大。染料敏化太陽能電池廉價(jià)、效率比較高、制作工藝要求低、壽命較長，但是在電解質(zhì)固化后，難以保證較高的能量轉(zhuǎn)換效率。而有機(jī)太陽能電池具有成本低、重量輕、制作工藝簡單、可制備成柔性器件等優(yōu)點(diǎn)，近幾年效率已經(jīng)超過10%。隨著能量轉(zhuǎn)換效率和器件穩(wěn)定性的進(jìn)一步地提高，慢慢可以進(jìn)入到實(shí)用階段。
[0004]有機(jī)太陽能電池中較為理想的結(jié)構(gòu)是:透明導(dǎo)電玻璃/空穴傳輸層/有機(jī)給體:有機(jī)受體/電子傳輸層/金屬電極。本專利中:透明導(dǎo)電玻璃為ITO (摻錫的氧化銦)，作為電池的陽極。PED0T:PSS作為空穴傳輸層，由PBDTTT-C-T(苯并二噻吩與并二噻吩的共聚物)組成的網(wǎng)作為電子施主，由PC71BM (C60衍生物)組成的網(wǎng)構(gòu)成電子受體，PBDTTT-C-T和PC71BM組成的混合溶液作為光敏層(有機(jī)活性層)，LiF (氟化鋰)作為電子傳輸層，Al (鋁)作為陰極。
[0005]目前國內(nèi)外陽極界面修飾主要采用一些貴金屬的納米形態(tài)比如金、銀納米顆粒等等(參考文獻(xiàn) 1.Hyosung Choil, Seo-Jin Ko et al., Versatile surfacePlasmon resonance of carbon-dot-supported silver nanoparticles in polymeroptoelectronic devices, Nature Photonics, 2013 (7)，732-738 ;2.Dingwen Zhanget al.， Enhanced performance of dye-sensitized solar cells using goldnanoparticles modified fluorine tin oxide electrodes, 2013 J.Phys.D: App1.Phys.46 024005)。但是此類貴金屬材料存在價(jià)格昂貴、制備方法復(fù)雜等缺點(diǎn)。硫化銅作為一種重要的無機(jī)P型化合物半導(dǎo)體材料，具有較高的比表面積、比較小的納米尺寸、高空穴遷移率以及優(yōu)秀的光學(xué)和光催化特性。本專利首次將廉價(jià)制得的二維納米硫化銅用作電池的界面修飾層，將硫化銅插入陽極ITO和空穴傳輸層PED0T:PSS之間的界面，經(jīng)驗(yàn)證陽極的功函數(shù)從4.7電子伏特提升到4.9電子伏特，較大的功函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了更好的能帶匹配，更有利于載流子的輸運(yùn)，同時(shí)修飾后的電極在300-800納米可見光范圍內(nèi)透過率基本不變維持在80%以上。相比沒有此界面修飾層的器件，CuS的引入減小了器件的串聯(lián)電阻，加速了器件中空穴載流子的遷移，提高了器件的光伏轉(zhuǎn)換性能，增加了器件的穩(wěn)定性。從而證實(shí)了在光伏器件中CuS可以作為一種良好的界面修飾材料。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的問題是提供一種有機(jī)無機(jī)復(fù)合的太陽能電池及其制備方法，所得到的有機(jī)無機(jī)復(fù)合的太陽能電池短路電流和光電轉(zhuǎn)換效率較高，同時(shí)避免了 PED0T:PSS對(duì)襯底的腐蝕問題；而且成本低廉、工藝簡單、易于大面積生產(chǎn)。
[0007]本發(fā)明主要內(nèi)容:在陽極ITO和空穴傳輸層PED0T:PSS之間插入一層納米硫化銅薄膜來制備有機(jī)太陽能電池。對(duì)比傳統(tǒng)的太陽能電池，本發(fā)明提供了一種以硫化銅插入作為界面修飾層的有機(jī)無機(jī)復(fù)合的光伏電池及其制備方法，該方法成本低廉、性能穩(wěn)定、易于大面積生產(chǎn)，得到的光伏電池轉(zhuǎn)化效率較高。
[0008]本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:一種有機(jī)無機(jī)復(fù)合太陽能電池，包括透明導(dǎo)電襯底、空穴傳輸層、有機(jī)活性層、電子傳輸層和金屬電極，在透明導(dǎo)電襯底和空穴傳輸層之間插入有CuS界面修飾層。
[0009]上述透明導(dǎo)電玻璃襯底、空穴傳輸層、有機(jī)活性層、電子傳輸層和金屬電極依次順序設(shè)置。
[0010]所述有機(jī)活性層為PBDTTT-C-T:PC71BM。
[0011]所述空穴傳輸層為PEDOT:PSS薄膜。
[0012]所述透明導(dǎo)電襯底為ITO導(dǎo)電玻璃。
[0013]所述金屬電極為Al電極。
[0014]所述電子傳輸層為LiF電子傳輸層。
[0015]本發(fā)明優(yōu)選電池結(jié)構(gòu)為ITO透明導(dǎo)電襯底/CuS界面修飾層/PED0T:PSS空穴傳輸層/PBDTTT-C-T: PC71BM有機(jī)活性層/LiF電子傳輸層/金屬電極Al (ITO/CuS/PEDOT: PSS/PBDTTT-C-T: PC71BM/LiF/Al)。`
[0016]本發(fā)明還提供了上述有機(jī)無機(jī)復(fù)合的光伏電池的制備方法，包括:
(1)清洗透明導(dǎo)電襯底并烘干；
(2)用磁控濺射方法在透明導(dǎo)電襯底上沉積金屬Cu薄膜，然后水熱原位生長CuS;
(3)在空氣中在CuS表面旋涂一層空穴傳輸層薄膜；
(4)在空氣中或在惰性氣體保護(hù)下，在空穴傳輸層薄膜上用旋涂的方法甩上有機(jī)活性
層；
(5)在有機(jī)活性層之上,蒸發(fā)一層電子傳輸層；
(6)在電子傳輸層表面蒸發(fā)金屬電極。
[0017]用磁控濺射的方法在透明導(dǎo)電襯底上沉積金屬Cu薄膜條件為:
(1)本底真空度優(yōu)于IX10_3帕；
(2)IS氣流量10~12標(biāo)準(zhǔn)毫升/每分鐘；
(3)襯底溫度40-70攝氏度，濺射功率30-40瓦；
(4)濺射時(shí)間為2~10秒。
[0018]用水熱反應(yīng)的方法原位生長CuS薄膜條件為:
(1)在100毫升的反應(yīng)釜中加入0.03克硫粉和70毫升無水乙醇；
(2)將濺射有Cu薄膜的基底放入反應(yīng)釜中；
(3)溫度保持60-90攝氏度反應(yīng)3、小時(shí)；(4)將步驟(3)反應(yīng)后的樣品取出，無水乙醇去離子水沖洗，烘箱烘干。
[0019]本發(fā)明采用原位生長硫化銅薄膜(先磁控濺射一層金屬銅薄膜再水熱生成硫化銅)的方法，并將其作為界面修飾層，得到了一種新型的有機(jī)無機(jī)復(fù)合光伏電池及制備方法，其成本低廉、工藝簡單、易于大面積生產(chǎn)。插入CuS為界面修飾層的太陽能電池，相對(duì)于沒有此修飾層的太陽能電池，短路電流和光電轉(zhuǎn)換效率有了明顯的提高，同時(shí)避免了PEDOT: PSS對(duì)襯底的腐蝕問題，增加了器件的穩(wěn)定性和實(shí)用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]附圖1為有機(jī)太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖；1-透明導(dǎo)電襯底，
2-CuS, 3-PED0T; 4-PBDTTT-C-T: PC71BM體異質(zhì)結(jié)光活性層，5-電子傳輸層LiF，6-鋁電極；
附圖2為在陽極ITO和空穴傳輸層PED0T:PSS之間插入CuS界面修飾層和沒有此界面修飾層的有機(jī)無機(jī)復(fù)合太陽能電池J-V曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明提供的上述一種以硫化銅為界面修飾層的有機(jī)無機(jī)復(fù)合的光伏電池的制備方法: (1)清洗透明導(dǎo)電的玻璃襯底并烘干；
(2)用磁控濺射方法在透明導(dǎo)電襯底上沉積Cu薄膜，將襯底水熱反應(yīng)得到硫化銅薄
膜；
(3)在空氣中，通過旋涂的方法在CuS薄膜上甩上一層PEDOT=PSS作為空穴傳輸層。
[0022](4)在空氣中或在惰性氣體保護(hù)下，在空穴傳輸層PED0T:PSS薄膜上甩上PBDTTT-C-TT = PC71BM 有機(jī)活性層；
(5)電子傳輸層、Al電極的制備:在有機(jī)活性層表面先后分別蒸發(fā)一層LiF、金屬Al電極。
[0023]上述磁控濺射銅薄膜的條件為:
(1)本底真空度優(yōu)于IX 10_3 Pa ；
(2)銅靶采用99.999%純度的金屬銅靶材，直徑為5厘米；
(3)氬氣流量為l(Tl2SCCm，襯底溫度為40-70攝氏度；
(4)射頻濺射功率為3(T40W，濺射氣壓IPa，時(shí)間為2~10秒。
[0024]上述水熱制備硫化銅的條件為:
(1)在100毫升的反應(yīng)釜中加入0.03克硫粉和70毫升無水乙醇；
(2)將濺射有Cu薄膜的基底放入反應(yīng)釜；
(3)溫度保持60-90攝氏度反應(yīng)3、小時(shí)；
(4)取出，無水乙醇去離子水沖洗，烘箱烘干待用。
[0025]上述制備PED0T:PSS薄膜的條件為:在勻膠機(jī)上旋涂PEDOT:PSS的水溶液，沒有CuS插入層時(shí)轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分鐘，有CuS插入層時(shí)轉(zhuǎn)速為2400轉(zhuǎn)/分鐘。薄膜后烘條件為:100~120攝氏度后烘10~20分鐘。
[0026]本發(fā)明以插入硫化銅作為界面修飾層的有機(jī)無機(jī)復(fù)合光伏電池可采取下述步驟:I襯底處理
試驗(yàn)中采用的基片是ITO導(dǎo)電玻璃，在試驗(yàn)前應(yīng)首先對(duì)基片進(jìn)行清洗。首先將導(dǎo)電玻璃片切成所需的形狀，用清潔劑將其清洗干凈，然后自來水沖洗，去離子水沖洗，接著將其放在超聲波清洗器中依次用去離子水、乙醇、丙酮各超聲清洗10分鐘，最后用去離子水沖洗，用干燥的高純氮?dú)獯蹈刹⒑娓杉纯傻玫奖砻鏉崈舻囊r底。將導(dǎo)電塑料切成所需的形狀，用清潔劑清洗，然后去離子水沖洗，乙醇清洗，用干燥的高純氮?dú)獯蹈?，做電池之前還需紫外臭氧處理15分鐘。
[0027]界面修飾層CuS薄膜的制備
(I)將金屬銅靶和潔凈的導(dǎo)電玻璃襯底放入沉積室中的相應(yīng)位置，調(diào)整樣品架位置，使之與靶面對(duì)準(zhǔn)，并保持適當(dāng)?shù)木嚯x。
[0028](2)將真空系統(tǒng)抽真空。首先開冷卻水。開啟機(jī)械泵抽低真空，當(dāng)系統(tǒng)真空度低于IOPa以后，開分子泵抽高真空，直至系統(tǒng)真空度優(yōu)于IX 10_3 Pa。
[0029](3)向沉積室內(nèi)通入適量的高純氬氣，使氬氣氣壓達(dá)到所需的沉積氣壓。 [0030](4)采用通用的射頻平面磁控濺射工藝。高純氬氣作為濺射與反應(yīng)氣體，整個(gè)過程中不通氧。濺射時(shí)襯度溫度在40-70攝氏度變化，濺射氣壓在1.0 Pa，濺射功率在3(T40 W變化，通過沉積時(shí)間控制薄膜厚度。濺射時(shí)間為2~10秒。
[0031](5)薄膜沉積完成后，關(guān)機(jī)取出樣品。
[0032](6)隨后將襯底置入約100毫升的聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜內(nèi)，先后加入0.03克硫粉和70毫升無水乙醇。將反應(yīng)釜置于恒溫烘箱內(nèi)60-90攝氏度保持:T9小時(shí)取出。將樣品用無水乙醇和去離子水沖洗數(shù)次烘干待用。
[0033]太陽能電池制備
(I)空穴傳輸層制備:在已準(zhǔn)備好的襯底上通過勻膠甩膠的方法甩一層PEDOT:PSS，之后在空氣中退火烘干。
[0034](2)有機(jī)活性層配方:在手套箱中用電子天平稱12.5毫克PBDTTT-C-T，18.75毫克pc71bm?；旌虾螅瑢⑵淙芙庠?.0毫升的氯苯中。然后放在有溫度控制的磁力攪拌器上，低于50°C攪拌24小時(shí)，甩膜前半小時(shí)加入30微升添加劑DIO (1,8- 二碘辛烷)。
[0035](3)在惰性氣體保護(hù)的手套箱箱中，在ITO/CuS/PEDOT:PSS上用勻膠甩膠的方法甩一層 PBDTTT-C-T:PC71BM。
[0036](4)電極的制備:在PBDTTT-C-T = PC71BM表面先后分別蒸發(fā)電子傳輸層和金屬鋁，電池?zé)o需后退火處理。
[0037]材料及器件性能測試
為了評(píng)價(jià)插入硫化銅作為界面修飾層的有機(jī)無機(jī)復(fù)合光伏電池的光伏特性，我們利用Keithley SMU測試儀分別對(duì)有硫化銅界面修飾層的光伏電池和沒有硫化銅界面修飾層的光伏電池進(jìn)行了 J-V曲線的測試。
[0038]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述，該描述只是為了更好的說明本發(fā)明而不是對(duì)其進(jìn)行限制。本發(fā)明并不限于這里所描述的特殊實(shí)例和實(shí)施方案。任何本領(lǐng)域中的技術(shù)人員很容易在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)和完善，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0039]實(shí)施例一: (I)清洗ITO導(dǎo)電玻璃片:先將導(dǎo)電玻璃玻片放入盛有清潔劑(如立白牌液體洗滌劑)的溶液中浸泡10分鐘，然后反復(fù)擦洗后清水沖干凈；接著用拋光粉進(jìn)行拋光處理；然后分別放入裝有去離子水、丙酮和酒精的器皿中分別超聲10分鐘；最后放進(jìn)去離子水沖洗兩遍后，用氮?dú)鈽尨蹈刹⒎湃牒嫦渲?0攝氏度烘干以消除應(yīng)力，做電池之前ITO還需紫外臭氧處理15分鐘。
[0040](2)空穴傳輸層制備:在導(dǎo)電襯底上通過勻膠甩膠的方法甩上一層PEDOT:PSS，轉(zhuǎn)速為低速500轉(zhuǎn)每分甩6秒，高速2000轉(zhuǎn)每分甩30秒。然后在空氣中120攝氏度烘干20分鐘。得到的空穴傳輸層厚度約為20納米。
[0041](3)有機(jī)光敏層配方:用電子天平稱12.5毫克PBDTTT-C-T，18.75毫克PC71BM?；旌虾?，將其溶解在1.0毫升的氯苯中。然后放在有溫度控制的磁力攪拌器上，40°C攪拌24小時(shí)，甩膜前半小時(shí)加入30微升添加劑D10。
[0042](4)在惰性氣體保護(hù)的氣箱中，在襯底上用勻膠甩膠的方法甩一層約100 nm厚的PBDTTT-C-T:PC71BM。轉(zhuǎn)速為低速500轉(zhuǎn)每分甩6秒，高速1000轉(zhuǎn)每分甩20秒?；钚詫雍穸燃s為100納米。
[0043](5)在活性層之上通過膜厚監(jiān)控儀控制蒸發(fā)一層約1.5nm厚的LiF。
[0044](6)電極的制備:在PBDTTT-C-T:PC71BM表面蒸發(fā)約150 nm厚的金屬鋁。得到如圖1所示結(jié)構(gòu)的有機(jī)光伏電池:透明導(dǎo)電玻璃襯底-1，空穴傳輸層PEDOT:PSS-3，PBDTTT-C-T:PC71BM體異質(zhì)結(jié)光活性層-4，電子傳輸層LiF-5，鋁電極-6，界面修飾層CuS-2沒有。
[0045](7)電池性能說明:如圖2所示開路電壓為:0.74 V，電池的短路電流為:16.3mA/cm2，填充因子為:53.1%，能量轉(zhuǎn)換效率為:6.31%。
[0046]實(shí)施例二:
(I)清洗ITO導(dǎo)電玻璃片，同實(shí)施例一。
[0047](2)CuS界面修飾層制備:將銅靶和ITO基片裝入磁控濺射設(shè)備中，用射頻電源進(jìn)行濺射。工作條件為:本底真空:3X10_4 Pa;氬氣流量為12sCCm(標(biāo)況毫升每分鐘)；襯底溫度:60°C，濺射氣壓:1.0 Pa，濺射功率在30W，濺射時(shí)間5 S。得到鍍有Cu薄膜的ITO玻璃襯底。然后將鍍有Cu的ITO玻璃置入100毫升聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜內(nèi)，先后加入0.03克硫粉和70毫升無水乙醇。將反應(yīng)釜置于恒溫烘箱內(nèi)90攝氏度保持6小時(shí)取出。將樣品先后用無水乙醇和去離子水沖洗數(shù)次，60度烘干待用。
[0048](3)空穴傳輸層制備:在導(dǎo)電襯底上通過勻膠甩膠的方法甩上一層PEDOT:PSS，轉(zhuǎn)速為低速500轉(zhuǎn)每分甩6秒，高速2400轉(zhuǎn)每分甩30秒。然后在空氣中120攝氏度烘干20分鐘。得到的空穴傳輸層厚度約為15納米。
[0049](4)有機(jī)光敏層配方，同實(shí)施例一。
[0050](5)甩活性層同實(shí)施例一。
[0051](6)在活性層之上通過膜厚監(jiān)控儀控制蒸發(fā)一層約1.5nm厚的LiF。
[0052](7)電極的制備同實(shí)施例一。得到如圖1所示結(jié)構(gòu)的有機(jī)光伏電池:透明導(dǎo)電玻璃襯底-1，界面修飾層CuS薄膜-2，空穴傳輸層PEDOT: PSS-3, PBDTTT-C-T: PC71BM體異質(zhì)結(jié)光活性層-4，電子傳輸層LiF-5,招電極-6。
[0053](8)電池性能說明:如圖2所示開路電壓為:0.73 V ;電池的短路電流為:22.7mA/cm2，填充因子為:48%，能量轉(zhuǎn)換效率為:7.96 %。
[0054]實(shí)施例三:
(I)清洗ITO導(dǎo)電玻璃片，同實(shí)施例一。
[0055](2)CuS界面修飾層制備:將銅靶和ITO基片裝入磁控濺射設(shè)備中，用射頻電源進(jìn)行濺射。工作條件為:本底真空:3X10_4Pa ;氬氣流量為IOsccm(標(biāo)況毫升每分鐘)；襯底溫度:40°C，濺射氣壓:1.0 Pa，濺射功率在30W，濺射時(shí)間10 S。得到鍍有Cu薄膜的ITO玻璃襯底。然后將鍍有Cu的ITO玻璃置入100毫升聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜內(nèi)，先后加入
0.03克硫粉和70毫升無水乙醇。將反應(yīng)釜置于恒溫烘箱內(nèi)60攝氏度保持9小時(shí)取出。將樣品先后用無水乙醇和去離子水沖洗數(shù)次，60度烘干待用。
[0056](3)空穴傳輸層的制備，同實(shí)施例二。
[0057](4)有機(jī)光敏層配方，同實(shí)施例一。
[0058](5)甩活性層同實(shí)施例一。
[0059](6)在活性層之上通過膜厚監(jiān)控儀控制蒸發(fā)一層約1.5nm厚的LiF。
[0060](7)電極的制備同實(shí)施例一。得到如圖1所示結(jié)構(gòu)的有機(jī)光伏電池:透明導(dǎo)電玻璃襯底-1，界面修飾層CuS薄膜-2，空穴傳輸層PEDOT: PSS-3, PBDTTT-C-T: PC71BM體異質(zhì)結(jié)光活性層-4，電子傳輸層LiF-5,招電極-6。
[0061](8)電池性能說明:開路電壓為:0.69 V ;電池的短路電流為:17.93mA/cm2，填充因子為:48.7%，能量轉(zhuǎn)換效率為:6.03 %。
[0062]實(shí)施例四:
(I)清洗ITO導(dǎo)電玻璃片，同實(shí)施例一。
[0063](2)CuS界面修飾層制備:將銅靶和ITO基片裝入磁控濺射設(shè)備中，用射頻電源進(jìn)行濺射。工作條件為:本底真空:3X10_4 Pa;氬氣流量為12sCCm(標(biāo)況毫升每分鐘)；襯底溫度:50°C，濺射氣壓:1.0 Pa，濺射功率在40W，濺射時(shí)間2 S。得到鍍有Cu薄膜的ITO玻璃襯底。然后將鍍有Cu的ITO玻璃置入100毫升聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜內(nèi)，先后加入
0.03克硫粉和70毫升無水乙醇。將反應(yīng)釜置于恒溫烘箱內(nèi)90攝氏度保持3小時(shí)取出。將樣品先后用無水乙醇和去離子水沖洗數(shù)次，60度烘干待用。
[0064](3)空穴傳輸層的制備，同實(shí)施例二。
[0065](4)有機(jī)光敏層配方，同實(shí)施例一。
[0066](5)甩活性層同實(shí)施例一。
[0067](6)在活性層之上通過膜厚監(jiān)控儀控制蒸發(fā)一層約1.5nm厚的LiF。
[0068](7)電極的制備同實(shí)施例一。得到如圖1所示結(jié)構(gòu)的有機(jī)光伏電池:透明導(dǎo)電玻璃襯底-1，界面修飾層CuS薄膜-2，空穴傳輸層PEDOT: PSS-3, PBDTTT-C-T: PC71BM體異質(zhì)結(jié)光活性層-4，電子傳輸層LiF-5,招電極-6。
[0069](8)電池性能說明:開路電壓為:0.71 V ;電池的短路電流為:26.43mA/cm2，填充因子為:43%，能量轉(zhuǎn)換效率為:8.10 %。
[0070]實(shí)施例五:
(I)清洗ITO導(dǎo)電玻璃片，同實(shí)施例一。
[0071](2)CuS界面修飾層制備:將銅靶和ITO基片裝入磁控濺射設(shè)備中，用射頻電源進(jìn)行濺射。工作條件為:本底真空:3X10_4Pa ;氬氣流量為IOsccm(標(biāo)況毫升每分鐘)；襯底溫度:70°C，濺射氣壓:1.0 Pa，濺射功率在40W，濺射時(shí)間10 S。得到鍍有Cu薄膜的ITO玻璃襯底。然后將鍍有Cu的ITO玻璃置入100毫升聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜內(nèi)，先后加入
0.03克硫粉和70毫升無水乙醇。將反應(yīng)釜置于恒溫烘箱內(nèi)60攝氏度保持3小時(shí)取出。將樣品先后用無水乙醇和去離子水沖洗數(shù)次，60度烘干待用。
[0072](3)空穴傳輸層的制備，同實(shí)施例二。
[0073](4)有機(jī)光敏層配方，同實(shí)施例一。
[0074](5)甩活性層同實(shí)施例一。
[0075](6)在活性層之上通過膜厚監(jiān)控儀控制蒸發(fā)一層約1.5 nm厚的LiF。
[0076](7)電極的制備同實(shí)施例一。得到如圖1所示結(jié)構(gòu)的有機(jī)光伏電池:透明導(dǎo)電玻璃襯底-1，界面修飾層CuS薄膜-2，空穴傳輸層PEDOT: PSS-3, PBDTTT-C-T: PC71BM體異質(zhì)結(jié)光活性層-4，電子傳輸層LiF-5,招電極-6。
[0077](8)電池性能說明:開路電壓為:0.63 V ;電池的短路電流為:27.95 mA/cm2，填充因子為:37.9%，能量轉(zhuǎn)換效率為:6.67 %。
[0078]以上實(shí)施例得到的數(shù)據(jù)說明，對(duì)比沒有CuS界面修飾層的電池，ITO和PED0T:PSS之間插入CuS界面修飾層后，其電池的短路電流和能量轉(zhuǎn)換效率都有顯著的提高。除此之夕卜，CuS的插入避免了 PED0T:PSS對(duì)導(dǎo)電襯底的腐蝕作用，增強(qiáng)了穩(wěn)定性。相比于常用的貴金屬界面修飾層材料，本方法通過簡單制備的硫化銅來修飾有機(jī)太陽能電池的陽極和空穴傳輸層之間的界面，減少貴金屬使用，大大降低了成本，CuS提高了陽極功函數(shù)，避免了酸性PED0T:PSS對(duì)襯底的腐蝕，同時(shí)可以更好地實(shí)現(xiàn)能帶匹配，利于空穴載流子的遷移，得到了較為理想的器件效果，體現(xiàn)了其簡單、高效、廉價(jià)和實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種有機(jī)無機(jī)復(fù)合太陽能電池，包括透明導(dǎo)電襯底、空穴傳輸層、有機(jī)活性層、電子傳輸層和金屬電極，其特征是:在透明導(dǎo)電襯底和空穴傳輸層之間插入有CuS界面修飾層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)光伏電池，其特征是:所述有機(jī)活性層為PBDTTT-C-T: PC71BM。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有機(jī)光伏電池，其特征是:所述空穴傳輸層為PEDOT:PSS薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有機(jī)光伏電池，其特征是:所述透明導(dǎo)電襯底為ITO導(dǎo)電玻璃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有機(jī)光伏電池，其特征是:金屬電極為Al電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有機(jī)光伏電池,其特征是:電子傳輸層為LiF電子傳輸層。
7.權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述有機(jī)無機(jī)復(fù)合的光伏電池的制備方法,包括: (1)清洗透明導(dǎo)電襯底并烘干； (2)用磁控濺射方法在透明導(dǎo)電襯底上沉積金屬Cu薄膜，然后水熱原位生長CuS; (3)在空氣中在CuS表面旋涂一層空穴`傳輸層薄膜； (4)在空氣中或在惰性氣體保護(hù)下，在空穴傳輸層薄膜上用旋涂的方法甩上有機(jī)活性層； (5)在有機(jī)活性層之上,蒸發(fā)一層電子傳輸層； (6)在電子傳輸層表面蒸發(fā)金屬電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征是:用磁控濺射的方法在透明導(dǎo)電襯底上沉積金屬Cu薄膜條件為: (1)本底真空度優(yōu)于1X10_3帕； (2)IS氣流量10~12標(biāo)準(zhǔn)毫升/每分鐘； (3)襯底溫度40-70攝氏度，濺射功率30-40瓦； (4)濺射時(shí)間為2~10秒。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的制備方法，其特征是:用水熱反應(yīng)的方法原位生長CuS薄月吳條件為: (1)在100毫升反應(yīng)釜中加入0.03克硫粉和70毫升無水乙醇； (2)將濺射有Cu薄膜的基底放入反應(yīng)釜中； (3)溫度保持60-90攝氏度反應(yīng)3、小時(shí)； (4)將步驟(3)反應(yīng)后的樣品取出，無水乙醇去離子水沖洗，烘箱烘干。
【文檔編號(hào)】H01L51/46GK103746077SQ201410002982
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】方國家, 雷紅偉, 程飛, 秦平力, 柯維俊, 郭亞雄, 戴欣 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)蘇州研究院