一種高遷移率有機(jī)小分子摻雜的三元太陽能電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有機(jī)聚合物光伏器件或有機(jī)半導(dǎo)體薄膜太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及一種有機(jī)薄膜太陽能電池。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球能源需求的急劇增長，能源危機(jī)己經(jīng)成為各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展所要面臨的首要難題。由于太陽能具有清潔無污染、分布廣泛、取之不盡用之不竭等特點，研究太陽能光伏發(fā)電解決能源危機(jī)成為可再生能源領(lǐng)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材料的不同，可以將太陽能電池分為無機(jī)太陽能電池和有機(jī)太陽能電池。與無機(jī)太陽能電池相比，有機(jī)太陽能電池不僅具有器件制備工藝簡單，而且材料易合成和分子化學(xué)結(jié)構(gòu)容易修飾的優(yōu)點，可以滿足成本低、耗能少、易大面積制作的要求。從20世紀(jì)90年代起，隨著薄膜技術(shù)的迅猛發(fā)展，采用新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝制備的有機(jī)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換性能得到大幅度的提高。
[0003]然而，與大規(guī)模生產(chǎn)的無機(jī)太陽能電池的相比，有機(jī)太陽能電池由于其光電轉(zhuǎn)換效率還相對較低，其實用化還尚需時日。有機(jī)太陽能電池的光活性層是決定器件光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵因素。經(jīng)典的體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)替代了原有的雙層異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)換效率。
[0004]然而，傳統(tǒng)的有機(jī)太陽能電池的光活性層仍然存在以下問題:光活性層中電子給體材料的空穴迀移率較低，從而限制了空穴在光活性層中的傳輸和空穴在陽極處的收集，從而限制了電池的短路電流密度和填充因子。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提供一種高迀移率有機(jī)小分子摻雜的三元太陽能電池，目的是通過在光活性層中加入高迀移率有機(jī)小分子，目的是克服傳統(tǒng)的有機(jī)太陽能電池的光活性層中空穴傳輸和收集效率低的缺點，提高電池的短路電流密度和填充因子，制備出高性能的三元有機(jī)太陽能電池。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種高迀移率有機(jī)小分子摻雜的三元太陽能電池，其特征在于，該太陽能電池采用反型結(jié)構(gòu)，從下到上依次為:襯底層，透明導(dǎo)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38-39.5 %，電子受體57-60 %，高迀移率有機(jī)小分子0.5-5 %。
[0007]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述高迀移率有機(jī)小分子為Tetracene。
[0008]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述光活性層中，電子給體材料為P3HT。
[0009]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述光活性層中，電子受體材料為PC61BM或PC71BM中的一種。
[0010]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述陽極緩沖層材料為聚PED0T:PSS，陽極緩沖層厚度為15_50nmo
[0011]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述陰極緩沖層材料為TPB1、BCP、Bphen、Alq3、ZnO或Ti02中的一種或多種，陰極緩沖層厚度范圍為l_20nm。
[0012]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述金屬陽極材料為Ag、A1或Cu中的一種或多種，金屬陽極厚度為100-300nm。
[0013]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述襯底層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中的一種或多種。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0015]1、通過摻雜高迀移率有機(jī)小分子Tetracene到有機(jī)太陽能電池的光活性層，提高光活性層中的空穴迀移率，提升空穴在光活性層中傳輸能力和空穴在陽極處的收集能力，從而提高電池的短路電流密度和填充因子。
[0016]2、高迀移率有機(jī)小分子摻雜的三元太陽能電池器件超薄，除去襯底層厚度外，器件總厚度不超過200nm。
[0017]3、高迀移率有機(jī)小分子摻雜的三元有機(jī)太陽能電池光電轉(zhuǎn)換性能高、制備工藝簡單、制程短、成本低。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為實施例1和實施例2中所述器件在AM 1.5(強(qiáng)度為lOOmW/cm2)照射下的電流密度-電壓特性曲線圖。
[0020]圖中標(biāo)記:1_襯底層，2-透明導(dǎo)電陰極IT0，3-陰極緩沖層，4-光活性層，5-陽極緩沖層，6-金屬陽極。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作詳細(xì)的說明。
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0023]本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種高迀移率有機(jī)小分子摻雜的三元太陽能電池，如圖1所示，該太陽能電池采用反型結(jié)構(gòu)，從下到上依次為:襯底層，透明導(dǎo)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38-39.5 %，電子受體57-60 %，高迀移率有機(jī)小分子0.5-5 %。所述高迀移率有機(jī)小分子為Tetracene。所述光活性層中，電子給體材料為P3HT。所述光活性層中，電子受體材料為PC61BM或PC71BM中的一種。所述陽極緩沖層材料為聚PED0T:PSS，陽極緩沖層厚度為15-50nm。所述陰極緩沖層材料為TPB1、BCP、Bphen, Alq3、ZnO或Ti02中的一種或多種，陰極緩沖層厚度范圍為l_20nm。所述金屬陽極材料為Ag、A1或Cu中的一種或多種，金屬陽極厚度為100-300nm。所述襯底層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中的一種或多種。
[0024]實施例1
[0025]對照組:
[0026]對表面粗糙度小于lnm的由透明襯底層及透明導(dǎo)電陰極ΙΤ0所組成的基板進(jìn)行清洗，清洗后用氮?dú)獯蹈桑辉谕该鲗?dǎo)電陰極ΙΤ0表面旋轉(zhuǎn)涂覆Zn0(5000rpm，40s, 15nm)制備陰極緩沖層，并將所形成的薄膜進(jìn)行熱退火(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(jìn)行熱退火(140。。，5min)；在光活性層表面旋轉(zhuǎn)涂覆PED0T:PSS溶液制備陽極緩沖層(3000rpm，60s, 30nm)，并進(jìn)行熱退火(150°C，5min);在陽極緩沖層上蒸鍍金屬陽極Ag(lOOnm)。在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下(AM1.5，lOOmW/cm2)，測得器件的開路電壓(Voc) = 0.56V，短路電流(Jsc) = 8.2mA/cm2，填充因子(FF) = 0.53，光電轉(zhuǎn)換效率(PCE) = 2.43%0
[0027]實施例2:
[0028]對表面粗糙度小于lnm的由透明襯底層及透明導(dǎo)電陰極IT0所組成的基板進(jìn)行清洗，清洗后用氮?dú)獯蹈?；在透明?dǎo)電陰極IT0表面旋轉(zhuǎn)涂覆Zn0(5000rpm，40s, 15nm)制備陰極緩沖層，并將所形成的薄膜進(jìn)行熱退火(200°C，60min);在陰極緩沖層上采用旋涂制備 P3HT:PC61BM: Tetracene (39.5%:60%:0.5% )光活性層(lOOOrpm, 25s, 220nm),并進(jìn)行熱退火(140°C , 5min);在光活性層表面旋轉(zhuǎn)涂覆PED0T:PSS溶液制備陽極緩沖層(3000rpm, 60s, 30nm)，并進(jìn)行熱退火(150°C , 5min);在陽極緩沖層上蒸鍍金屬陽極Ag(lOOnm)。在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下(AM 1.5，lOOmW/cm2)，測得器件的開路電壓(Voc) = 0.55V，短路電流(Jsc) = 8.9mA/cm2，填充因子(FF) = 0.57，光電轉(zhuǎn)換效率(PCE) = 2.79%。
[0029]實施例3:
[0030]對表面粗糙度小于lnm的由透明襯底層及透明導(dǎo)電陰極IT0所組成的基板進(jìn)行清洗，清洗后用氮?dú)獯蹈?；在透明?dǎo)電陰極IT0表面旋轉(zhuǎn)涂覆Zn0(5000rpm，40s, 15nm)制備陰極緩沖層，并將所形成的薄膜進(jìn)行熱退火(200°C，60min);在陰極緩沖層上采用旋涂制備 P3HT:PC61BM:Tetracene (39 %:60 %:1%)光活性層(lOOOrpm, 25s, 220nm),并進(jìn)行熱退火(140°C , 5min);在光活性層表面旋轉(zhuǎn)涂覆PED0T:PSS溶液制備陽極緩沖層(3000rpm, 60s, 30nm)，并進(jìn)行熱退火(150°C , 5min);在陽極緩沖層上蒸鍍金屬陽極Ag(lOOnm)。在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下(AM 1.5，lOOmW/cm2)，測得器件的開路電壓(Voc) = 0.56V，短路電流(Jsc) = 9.1mA/cm2，填充因子(FF) = 0.58，光電轉(zhuǎn)換效率(PCE) = 2.96%。
[0031]實施例4:
[0032]對表面粗糙度小于lnm的由透明襯底層及透明導(dǎo)電陰極IT0所組成的基板進(jìn)行清洗，清洗后用氮?dú)獯蹈桑辉谕该鲗?dǎo)電陰極IT0表面旋轉(zhuǎn)涂覆Zn0(5000rpm，40s, 15nm)制備陰極緩沖層，并將所形成的薄膜進(jìn)行熱退火(200°C，60min);在陰極緩沖層上采用旋涂制備 P3HT:PC61BM: Tetracene (38 %:60 %:2% )光活性層(lOOOrpm, 25s, 220nm),并進(jìn)行熱退火(140°C , 5min);在光活性層表面旋轉(zhuǎn)涂覆PED0T:PSS溶液制備陽極緩沖層(3000rpm, 60s, 30nm)，并進(jìn)行熱退火(150°C , 5min);在陽極緩沖層上蒸鍍金屬陽極Ag(lOOnm)。在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下(AM 1.5，lOOmW/cm2)，測得器件的開路電壓(Voc) = 0.56V，短路電流(Jsc) = 8.7mA/cm2，填充因子(FF) = 0.58，光電轉(zhuǎn)換效率(PCE) = 2.83%。
[0033]實施例5:
[0034]對表面粗糙度小于lnm的由透明襯底層及透明導(dǎo)電陰極ΙΤ0所組成的基板進(jìn)行清洗，清