效发挥金属表面等离激元近场增强效果；
[0038]步骤4:退火，形成具有三明治结构的空穴传输层20，所述的退火温度为120-150°C，退火时间为1030min，所述的空穴传输层20的材料为PEDOT:PSS，金属纳米颗粒21的材料为Au或Ag，该空穴传输层20的厚度为30-50nm，制作在其内的金属纳米颗粒21的厚度为5-50nm ；
[0039]金属纳米颗粒采用溶液法制备，Au纳米颗粒的合成方法为:将50mL质量分数为0.01%的氯金酸的水溶液煮沸，然后加入0.4-lmL的质量分数为I %的柠檬酸钠水溶液，反应15-30min，将产物离心清洗最后分散在乙醇中，形成Au纳米颗粒溶液，Ag纳米颗粒的合成方法为:分别将0.3g硝酸银和0.3g聚乙烯吡咯烷酮溶于30mL乙二醇溶液中，然后将二者混合，加热到120-150°C，反应10-60min，将产物离心清洗最后分散在乙醇中，形成Ag纳米颗粒溶液；
[0040]步骤5:在空穴传输层20上旋涂有机聚合物与富勒烯衍生物的混合溶液，形成有源层30，所述的有机聚合物的材料为P3HT、PTB7、PBDTTT-C、PBDTTT-CT或PBDTTT-CF，富勒烯衍生物的材料为PC61BM或PC71BM,有机聚合物与富勒烯衍生物的质量比为1:1或I: 0.8或1: 1.5，对于P3HT与PC61BM混合溶液所用溶剂为邻二氯苯且旋涂完后有源层要在 110-150°C 下退火 lOmin，对于 PTB7、PBDTTT-C、PBDTTT-CT 或 PBDTTT-CF 与 PC71BM 的混合溶液所用溶剂为97%的邻二氯苯+3%的1，8- 二碘辛烷(D1)，旋涂完后无需退火，旋涂速率为700-1000rpm ；
[0041 ] 步骤6:采用热蒸发的方式在有源层30上制备一层缓冲层40，所述的缓冲层40的材料为LiF或Ca，厚度为0.8-30nm ；
[0042]步骤7:采用热蒸发的方式在缓冲层40上制备一层Al电极，作为阴极50，所述的阴极50的厚度为80-120nm，完成太阳电池制备。
[0043]图2为在AMl.5光照下，参比器件和本发明器件的电流密度-电压曲线。器件结构为:IT0/PED0T:PSS(Ag)/P3HT:PCBM/Ca/Al，参比器件与本发明器件的区别在于，参比器件的空穴传输层PEDOT:PSS中没有引入Ag纳米颗粒，本发明器件的空穴传输层PEDOT:PSS中引入了一层Ag纳米颗粒，形成了三明治结构的空穴传输层。测得的参比器件的短路电流密度为7.74mA/cm2，开路电压为0.67V，填充因子为66%，光电转换效率为3.47%。本发明器件的短路电流密度为9.39mA/cm2，开路电压为0.67V，填充因子为67%，光电转换效率为4.24%。采用本发明的结构和制备方法，在空穴传输层中引入一层Ag纳米颗粒后，太阳电池的短路电流密度得到明显提升，开路电压和填充因子基本不变，电池的光电转换效率提尚了 22 % ο
[0044]以上对本发明提供的一种基于表面等离激元效应的有机太阳电池及制备方法进行了详细介绍，以上所述仅为本发明中的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭示的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于表面等离激元效应的有机太阳电池结构，包括: 一阳极透明导电衬底； 一三明治结构的空穴传输层，其制作在阳极透明导电衬底上，该空穴传输层的中间为一层金属纳米颗粒，形成三明治结构； 一有源层，其制作在空穴传输层上； 一缓冲层，其制作在有源层上； 一阴极，其制作在缓冲层上。2.根据权利要求1所述的基于表面等离激元效应的有机太阳电池结构，其中所述的阳极透明导电衬底的材料为ITO或FTO透明导电玻璃。3.根据权利要求1所述的基于表面等离激元效应的有机太阳电池结构，其中所述的空穴传输层的材料为PEDOT:PSS，金属纳米颗粒的材料为Au或Ag，该空穴传输层的厚度为30-50nm，制作在其内的金属纳米颗粒的厚度为5_50nm。4.根据权利要求1所述的基于表面等离激元效应的有机太阳电池结构，其中所述的有源层的材料为有机聚合物与富勒烯衍生物的混合物，厚度为70-200nm，所述的有机聚合物的材料为P3HT、PTB7、PBDTTT-C、PBDTTT-CT或PBDTTT-CF，富勒烯衍生物的材料为PC61BM或PC71BM,有机聚合物与富勒烯衍生物的质量比为1:1或1: 0.8或1: 1.5。5.根据权利要求1所述的基于表面等离激元效应的有机太阳电池结构，其中所述的缓冲层的材料为LiF或Ca，厚度为0.8-30nm，所述的阴极的材料为Al，厚度为80_120nmo6.一种基于表面等离激元效应的有机太阳电池的制备方法，包括以下步骤: 步骤1:在阳极透明导电衬底上旋涂第一层PEDOT:PSS溶液； 步骤2:在第一层PEDOT:PSS溶液上旋涂一层金属纳米颗粒溶液； 步骤3:在金属纳米颗粒溶液上旋涂第二层PEDOT:PSS溶液； 步骤4:退火，形成具有三明治结构的空穴传输层； 步骤5:在空穴传输层上旋涂有机聚合物与富勒烯衍生物的混合溶液，形成有源层； 步骤6:采用热蒸发的方式在有源层上制备一层缓冲层； 步骤7:采用热蒸发的方式在缓冲层上制备一层Al电极，作为阴极，完成太阳电池制备。7.根据权利要求6所述的基于表面等离激元效应的有机太阳电池的制备方法，其中所述的空穴传输层的材料为PEDOT:PSS，金属纳米颗粒的材料为Au或Ag，该空穴传输层的厚度为30-50nm，制作在其内的金属纳米颗粒的厚度为5_50nm。8.根据权利要求6所述的基于表面等离激元效应的有机太阳电池的制备方法，其中所述的第一层PEDOT:PSS溶液的旋涂速率为2000-5000rpm，所述的金属纳米颗粒溶液的旋涂速率为500-3000rpm，分散金属纳米颗粒的溶液为乙醇，所述的第二层PEDOT:PSS溶液的旋涂速率为4000-7000rpm，所述的退火温度为120_150°C，退火时间为10_30min。9.根据权利要求6所述的基于表面等离激元效应的有机太阳电池的制备方法，其中所述的有机聚合物的材料为P3HT、PTB7、PBDTTT-C、PBDTTT-CT或PBDTTT-CF，富勒烯衍生物的材料为PC61BM或PC71BM,有机聚合物与富勒烯衍生物的质量比为1:1或1: 0.8或1: 1.5。10.根据权利要求6所述的基于表面等离激元效应的有机太阳电池的制备方法，其中 所述的缓冲层的材料为LiF或Ca，厚度为0.8-30nm，所述的阴极的厚度为80_120nm。
【专利摘要】一种基于表面等离激元效应的有机太阳电池结构，包括：一阳极透明导电衬底；一三明治结构的空穴传输层，其制作在阳极透明导电衬底上，该空穴传输层的中间为一层金属纳米颗粒，形成三明治结构；一有源层，其制作在空穴传输层上；一缓冲层，其制作在有源层上；一阴极，其制作在缓冲层上。本发明一方面要充分发挥等离激元近场增强的效果，增强太阳电池的光吸收，从而增大光电流；另一方面，要避免金属纳米颗粒与有源层直接接触，形成电荷复合中心，产生大的漏电流。
【IPC分类】H01L51/48, H01L51/42
【公开号】CN104993055
【申请号】CN201510272231
【发明人】卢树弟, 曲胜春, 刘孔, 池丹, 李彦沛, 寇艳蕾, 岳世忠, 王占国
【申请人】中国科学院半导体研究所
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年5月25日