一種有機(jī)太陽能電池的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種有機(jī)太陽能電池，包括依次疊加的柔性基底、粘性樹脂層、陰電極、電子傳輸層、有機(jī)光敏活性層、空穴傳輸層和頂電極層；所述陰電極為厚度為1-10nm的石墨烯層；所述電池的頂電極層的功函數(shù)高于陰電極的功函數(shù)。本實(shí)用新型以聚合物柔性基底作為襯底，將大尺寸高質(zhì)量的石墨烯轉(zhuǎn)移到柔性聚合物上，將石墨烯層作為透明導(dǎo)電陰極材料，Au等作為高功函數(shù)的陽極材料，充分利用石墨烯電子遷移率極高、光透過性極好和厚度超薄等特性。在滿足柔性光伏電池器件的條件下，大幅提高有機(jī)光伏電池器件的光電轉(zhuǎn)化效率、器件穩(wěn)定性和器件的使用壽命等。
【專利說明】—種有機(jī)太陽能電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及一種太陽能電池，特別涉及一種有機(jī)太陽能電池。

【背景技術(shù)】
[0002]有機(jī)聚合物太陽能電池器件是一種將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿墓夥骷?。聚合物太陽能電池的基本工作原?基于半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)(P-N結(jié))，或者金屬/半導(dǎo)體界面附近產(chǎn)生的光生伏特效應(yīng)(Photovoltaic Effect),所以這一類的太陽能電池又被稱為有機(jī)異質(zhì)結(jié)太陽能電池光伏電池。對于聚合物光伏電池而言，其核心部分是光敏活化層，它一般是由帶電子給體的P型化合物⑶和帶電子受體的η型化合物㈧組成。A和D都必須為有機(jī)η-共軛材料，其中一個(gè)(或兩者)為聚合物材料。通常，其光敏活性層位于兩個(gè)電極板之間。有機(jī)光伏電池器件最基本的結(jié)構(gòu)為依次排列的低功函金屬陰電極、陰極修飾層、光敏活性層、陽極修飾層和ITO陽極層，層與層之間是相互疊加而成。光敏活性層一般是由共軛聚合物Ρ3ΗΤ為電子給體(D)材料和以PCBM為電子受體(A)材料組成的共混有機(jī)膜，將其作為聚合物太陽能電池的光敏活性層。一般地，將光敏活性層夾在ITO導(dǎo)電透光電極(作為陽極)和Al等金屬電極(作為陰極)之間，來共同組成本體異質(zhì)結(jié)光伏器件。通常需要在正極上旋涂一層透明導(dǎo)電聚合物PEDOT:PSS，作為空穴傳輸層，其厚度可為30?60nm。而光敏活性層的厚度一般為100?200nm，作為陽極材料應(yīng)該具有高的功函數(shù)，而作為陰極材料(通常為金屬電極或金屬氧化物)應(yīng)該采用低的功函數(shù)。
[0003]但是傳統(tǒng)的有機(jī)異質(zhì)結(jié)太陽能電池，如IT0/Ti0x/P3HT: PCBM/PEDOT: PSS/Au，其器件的光電轉(zhuǎn)化效率不高、穩(wěn)定性較差，在空氣中的儲(chǔ)存壽命不長，而且采用ITO導(dǎo)電玻璃的如ITO/LWF metal/P3HT:PCBM/M03/Au，則無法同時(shí)兼具柔性等特性。
[0004]石墨烯是Sp2雜化碳原子形成的單層原子排列的六角蜂窩狀平面體。它是由一層密集的、包裹在蜂巢晶體點(diǎn)陣上的碳原子構(gòu)成，也是世界上最薄的二維材料，其厚度僅為0.35nm。但其導(dǎo)熱系數(shù)卻高達(dá)5300W/m -K,比碳納米管和金剛石都高，常溫下其電子遷移率達(dá)到200，OOOcmVV.S，超過碳納米管，而電阻率只有約10_6Ω.cm，是目前世上電阻率最小的材料。由于它的電阻率極低，電子遷移的速度極快，適合用來制造透明觸控屏幕、透明導(dǎo)電電極、光伏電池器件甚至是工作頻率遠(yuǎn)高于硅的晶體管或電子元件。
[0005]目前石墨烯轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底上的材料大多都是硬質(zhì)材料，例如玻璃襯底、硅襯底或石英襯底等。都無法達(dá)到可彎曲、可折疊的效果，從而無法實(shí)現(xiàn)解決柔性電池器件的問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的是解決前述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種光電轉(zhuǎn)化效率高、器件穩(wěn)定性好的柔性有機(jī)太陽能電池。
[0007]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案是一種有機(jī)太陽能電池，包括依次疊加的柔性基底、粘性樹脂層、陰電極、有機(jī)光敏活性層和頂電極層；所述陰電極為石墨烯層；所述頂電極層的功函數(shù)高于陰電極的功函數(shù)。
[0008]有機(jī)太陽能電池還包括設(shè)置在有機(jī)光敏活性層和陰電極之間的電子傳輸層，以及設(shè)置在頂電極層和有機(jī)光敏活性層之間的空穴傳輸層。
[0009]所述陰電極的厚度為10_200nm。
[0010]所述柔性基底的厚度為10-800 μ m。
[0011]所述粘性樹脂層的厚度為1-100 μ m。
[0012]所述電子傳輸層的厚度為100_600nm。
[0013]所述空穴傳輸層的厚度為100_400nm。
[0014]所述頂電極層的厚度為50_800nm。
[0015]所述頂電極層為功函數(shù)為5.1eV的Au或者功函數(shù)為5.12eV的Pd或者功函數(shù)為5.65eV 的 Pt。
[0016]采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有以下的有益效果:
[0017](I)本實(shí)用新型以聚合物柔性基底作為襯底，將大尺寸高質(zhì)量的石墨烯轉(zhuǎn)移到柔性聚合物上，將石墨烯層是作為透明導(dǎo)電陰極材料，Au電極作為功函數(shù)高的陽極材料，充分利用石墨烯電子遷移率高、光透過率高和導(dǎo)電率極好的特性，在滿足柔性光伏電池器件的條件下，大幅提高有機(jī)光伏電池器件的光電轉(zhuǎn)化效率、器件穩(wěn)定性以及器件的使用壽命等。
[0018](2)本實(shí)用新型經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，其采用的各層的厚度能取得最佳的效果。
[0019](3)本實(shí)用新型充分利用石墨烯的優(yōu)良特性，在常溫下石墨烯的電子遷移率超過15000cm2/V.s，其只吸收2.3%的光，幾乎是完全透明的。
[0020](4)本實(shí)用新型的電池器件的整體厚度范圍在20-1000μπι，達(dá)到了一個(gè)全新的高度。
[0021](5)本實(shí)用新型技術(shù)方案中，電池器件的光電轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到一個(gè)高度，其效率范圍在2-8%。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]為了使本實(shí)用新型的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中
[0023]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]附圖中標(biāo)號(hào)為:頂電極層1、空穴傳輸層2、有機(jī)光敏活性層3、電子傳輸層4、陰電極5、粘性樹脂層6、聚合物柔性基底7。

【具體實(shí)施方式】
[0025](實(shí)施例1)
[0026]見圖1，本實(shí)施例的一種有機(jī)異質(zhì)結(jié)太陽能電池，包括依次疊加的聚合物柔性基底7、粘性樹脂層6、陰電極5、電子傳輸層4、有機(jī)光敏活性層3、空穴傳輸層2和頂電極層I ;陰電極5為厚度為10-200nm石墨烯層；頂電極層I的功函數(shù)高于陰電極5的功函數(shù)。
[0027]聚合物柔性基底7的材料包括有塑料薄膜、PC (聚碳酸酯)、PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)、硅膠板、PET (聚對苯二甲酸乙二醇脂)或PP (聚丙烯)。聚合物柔性基底7的厚度為 10-800 μ m。
[0028]粘性樹脂層6所使用的聚合物可以是以下聚合物的一種、兩種或者多種共混物:丙烯酸酯類樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、呋喃樹脂、有機(jī)硅樹脂及其改性樹脂等聚合物。粘性樹脂層6的厚度為1-100 μ m。
[0029]石墨烯層的制備方法可以為微機(jī)械剝離法、液相超聲剝離法、SiC外延生長法、化學(xué)氣相沉積法(CVD)、化學(xué)氧化還原法、電弧放電法和“自下而上”有機(jī)合成法等。石墨烯層的厚度為10-200nm。
[0030]電子傳輸層4的材料為納米ZnO、LiF或者Ti02，材料的制備方法有化學(xué)氧化法、微機(jī)械研磨法、磁控濺射法或真空蒸渡法。電子傳輸層4的厚度為100-600nm。
[0031 ] 有機(jī)光敏活性層3的材料為HT-P3AT: PCBM或者HT-P3AT/石墨烯粉體:PCBM，其中P3AT [Poly (3-alkylth1phene)]是屬于本征型導(dǎo)電聚噻吩衍生物，因其具有較高的空穴遷移率10-4-10-2cm2*v-l*s-l和較小的禁帶寬度而成為有機(jī)太陽能電池中最常用的給體材料之一。而PCBM是一個(gè)富勒烯衍生物,分子式是[6，6]-phenyl-C61_butyric acid methylester。由于它的較好的溶解性，很高的電子遷移率，與常見的聚合物給體材料P3HT能夠形成良好的相分離，已成為有機(jī)太陽能電池的電子受體的標(biāo)準(zhǔn)物。
[0032]空穴傳輸層2的材料為PEDOT:PSS、N1或者M(jìn)o03，PEDOT: PSS它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。該產(chǎn)品是由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?？昭▊鬏攲?的厚度為100_400nmo
[0033]頂電極層I的電極材料為Au，所用方法可以為磁控濺射法、真空蒸渡法或化學(xué)氧化還原法等，其功函數(shù)為5.leV，厚度為50-800nm。當(dāng)然也可以是功函數(shù)為5.12eV的Pd或者功函數(shù)為5.65eV的Pt。
[0034]以上所述的具體實(shí)施例，對本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種有機(jī)太陽能電池，其特征在于:包括依次疊加的柔性基底(7)、粘性樹脂層(6)、陰電極(5)、有機(jī)光敏活性層(3)和頂電極層(I);所述陰電極(5)為石墨烯層；所述頂電極層(I)的功函數(shù)高于陰電極(5)的功函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)太陽能電池，其特征在于，還包括設(shè)置在有機(jī)光敏活性層(3)和陰電極(5)之間的電子傳輸層(4)，以及設(shè)置在頂電極層(I)和有機(jī)光敏活性層(3)之間的空穴傳輸層(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)太陽能電池，其特征在于:所述陰電極(5)的厚度為10_200nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)太陽能電池，其特征在于:所述柔性基底(J)的厚度為10-800 μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)太陽能電池，其特征在于:所述粘性樹脂層￠)的厚度為 1-100 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有機(jī)太陽能電池，其特征在于:所述電子傳輸層(4)的厚度為 100-600nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有機(jī)太陽能電池，其特征在于:所述空穴傳輸層(2)的厚度為 100-400nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)太陽能電池，其特征在于:所述頂電極層(I)的厚度為50_800nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的有機(jī)太陽能電池，其特征在于:所述頂電極層(I)為功函數(shù)為5.1eV的Au或者功函數(shù)為5.12eV的Pd或者功函數(shù)為5.65eV的Pt。
【文檔編號(hào)】H01L51/48GK204118136SQ201420461028
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】金虎, 彭鵬, 婁曉靜, 武文鑫 申請人:常州二維碳素科技有限公司