一種雙受體的三元太陽能電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于有機聚合物光伏器件或有機半導體薄膜太陽能電池領域，具體涉及一種有機薄膜太陽能電池。
【背景技術】
[0002]隨著全球能源需求的爆炸式增長，能源問題己經(jīng)成為各國經(jīng)濟發(fā)展所要面臨的首要難題。由于太陽能具有潔凈、分布廣泛、取之不盡用之不竭等特點，研究光伏發(fā)電解決能源問題成為可再生能源領域研究的重點與熱點。目前，根據(jù)組成太陽能電池的光活性層的材料性質的不同，可以將活性層材料分為無機半導體材料和有機半導體材料。與無機半導體材料相比，有機半導體材料不僅材料本身的合成條件和器件化工藝條件相對溫和，其分子化學結構容易修飾，用其來制作電池時，可以滿足成本低、耗能少、容易大面積制作的要求。從20世紀90年代起，隨著薄膜技術的迅猛發(fā)展，采用新材料新結構新工藝制備的電池的性能得到大幅度的提高。
[0003]然而，與無機太陽能電池的大規(guī)模生產(chǎn)相比，有機太陽能電池由于其光電轉換效率還相對較低，其實用化還尚需時日。傳統(tǒng)的有機太陽能電池的光活性層是決定器件光電轉換效率的關鍵。經(jīng)典的體異質結結構替代了原有的雙層異質結結構，使得電子給體與受體材料在光活性層中均勻的混合，從而增大了給體受體的接觸面積，為載流子傳輸提供了大量的通道，從而極大的提高器件的光電轉換效率。
[0004]然而，傳統(tǒng)的體異質結太陽能電池存在以下兩大問題:1，單受體的體異質結光吸收范圍有限，其中，從而限制了器件的短路電流密度；2，基于富勒烯衍生物的受體由于其分子結構，在一定程度上不能有效地與給體聚合物充分結合，導致光活性層中不能有效地形成給體受體相分離，從而限制了載流子的傳輸效率。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明所要解決的問題是:如何提供一種雙受體的三元太陽能電池，目的是通過在光活性層中加入第二種受體，以實現(xiàn):(1)提升光活性層的光吸收范圍；(2)提高光活性層的給體受體相分離程度，及薄膜的結晶性，提高載流子傳輸效率。
[0006]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術方案:
一種雙受體的三元太陽能電池，其特征在于:該太陽能電池采用反型結構，從下到上依次為:襯底，透明導電陰極ΙΤ0，陰極緩沖層，光活性層，陽極緩沖層，金屬陽極；光活性層的重量百分比組成為:電子給體:40%，電子受體一:10-50%,電子受體二: 10~50%，光活性層厚度為50~300nm ;所述電子受體I材料為PC61BM,所述電子受體2材料為PC71BM。
[0007]進一步地，所述光活性層中，電子給體材料為P3HT或PTB7的一種。
[0008]進一步地，所述陽極緩沖層材料為PEDOT:PSS，陽極緩沖層厚度為15?50 nm。
[0009]進一步地，所述陰極緩沖層材料為TPB1、BCP、Bphen、Alq3、ZnO或T12的一種或多種，陰極緩沖層厚度范圍為I?20 nm。
[0010]進一步地，所述金屬陽極材料為Ag、Al或Cu中的一種或多種，金屬陽極厚度為100 ?300 nmD
[0011 ] 進一步地，所述襯底材料為玻璃或透明聚合物，所述透明聚合物材料為聚乙稀、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亞胺、氯醋樹脂或聚丙烯酸的一種或多種。
[0012]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
通過引入第二種電子受體材料，從而提升光活性層中的光吸收范圍，最終提升器件的短路電流密度；
通過引入第二種電子受體材料，來填充原給體受體之間的空隙，并提高給體受體之間的相分離程度，提高光活性層的薄膜結晶性，提高載流子傳輸速度。
[0013]【附圖說明】:
圖1是本發(fā)明所涉及的一種雙受體的三元太陽能電池結構，從下到上依次為:1表示襯底，2表示透明導電陰極ΙΤ0，3表示陰極緩沖層，4表示光活性層，5表示陽極緩沖層，6表示金屬陽極。
[0014]圖2是本發(fā)明涉及的光活性層的AFM圖，其中a)為對照組，b)為雙受體的光活性層表面，從圖中可以明顯看出，在加入雙受體后，薄膜表面相分離程度提高了，結晶性也得到提尚。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0016]本發(fā)明的技術方案是提供一種雙受體的三元太陽能電池，如圖1、圖2所示，一種雙受體的三元太陽能電池，該太陽能電池采用反型結構，從下到上依次為:襯底，透明導電陰極ΙΤ0，陰極緩沖層，光活性層，陽極緩沖層，金屬陽極；光活性層組分為:電子給體:40%，電子受體一:10~50%，電子受體二:10~50%，光活性層厚度為50~300nm ;所述電子受體一材料為PC61BM ;所述電子受體二材料為PC71BM ;所述光活性層中，電子給體材料為P3HT或PTB7的一種；所述陽極緩沖層材料為PED0T:PSS，陽極緩沖層厚度為15?50 nm ;所述陰極緩沖層材料為TPB1、BCP、Bphen, Alq3, ZnO或1102的一種或多種，陰極緩沖層厚度范圍為I?20 nm ;所述金屬陽極材料為Ag、Al或Cu中的一種或多種，金屬陽極厚度為100?300 nm ;所述襯底材料為玻璃或透明聚合物，所述透明聚合物材料為聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亞胺、氯醋樹脂或聚丙烯酸的一種或多種。
實施例1 (對照組):
對表面粗糙度小于Inm的由透明襯底及透明導電陰極ITO所組成的基板進行清洗，清洗后用氮氣吹干；在透明導電陰極ITO表面旋轉涂覆Zn0(5000rpm，40s, 15nm)制備陰極緩沖層，并將所形成的薄膜進行烘烤(200°C，60min);在陰極緩沖層上采用旋涂制備P3HT:PC61BM(40%:60%)光活性層(lOOOrpm, 25s, 220nm)，并進行烘烤(140°C，5min)；在光活性層表面旋轉涂覆PED0T:PSS溶液制備陽極緩沖層(3000rpm，60s，30nm);將基板采用恒溫熱臺加熱退火的方式進行退火(150°C，5min);在陽極緩沖層上蒸鍍金屬陽極Ag(10nm)。在標準測試條件下:AM 1.5，100mW/cm2，測得器件的開路電壓(V。。) =0.56V，短路電流(Jsc)=S.2mA/cm2，填充因子(FF) =0.53，光電轉換效率(PCE) =2.43 %。
[0017]實施例2:(對照組) 對表面粗糙度小于Inm的由透明襯底及透明導電陰極ITO所組成的基板進行清洗，清洗后用氮氣吹干；在透明導電陰極ITO表面旋轉涂覆Zn0(5000rpm，40s, 15nm)制備陰極緩沖層，并將所形成的薄膜進行烘烤(200°C，60min);在陰極緩沖層上采用旋涂制備PTB7:PC61BM(40%:60%)光活性層(1200rpm，60s, 10nm);在光活性層表面旋轉涂覆PED0T:PSS溶液制備陽極緩沖層(3000rpm，60s，30nm);將基板采用恒溫熱臺加熱退火的方式進行退火(150°C，5min);在陽極緩沖層上蒸鍍金屬陽極Ag(10nm)。在標準測試條件下:AM 1.5，100mW/cm2，測得器件的開路電壓(Vtie) =0.70V，短路電流(Jse) =13mA/cm2，填充因子(FF)=0.63，光電轉換效率(PCE) =5.73 %。
[0018]實施例3:
對表面粗糙度小于Inm的由透明襯底及透明導電陰極ITO所組成的基板進行清洗，清洗后用氮氣吹干；在透明導電陰極ITO表面旋轉涂覆Zn0(5000rpm，40s, 15nm)制備陰極緩沖層，并將所形成的薄膜進行烘烤(200°C，60min);在陰極緩沖層上采用旋涂制備 P3HT:PC61BM:PC71BM (40%: 10%: 50%)光活性層(lOOOrpm, 25s, 220nm)，并進行烘烤(1400C，5min);在光活性層表面旋轉涂覆PED0T:PSS溶液制備陽極緩沖層(3000rpm，60s, 30nm);將基板采用恒溫熱臺加熱退火的方式進行退火(150°C，5min);在陽極緩沖層上蒸鍍金屬陽極