专利名称：具有有机小分子混合体异质结的太阳能电池及其制备方法
技术领域：
本发明涉及光电转换器件领域，更具体地涉及一种新型的有机小分子太阳能电池 及其制备方法。
背景技术：
随着不可再生能源的逐渐枯竭，人们对于新型可再生绿色能源的开发和利用的要 求变得越来越迫切。其中太阳能电池凭借其无污染，便捷的来源方式等诸多优点被认为是 二十一世纪应对能源危机的最有应用前景和应用价值的绿色能源。近年来，太阳光伏产业 已经成为世界各国经济中的最热的环节之一。太阳能电池作为光伏系统的核心模块，随着 产业投资高潮的兴起，也迎来了其发展的春天。目前较为成熟的硅基太阳能电池在光伏产 业中处于主导地位。但是在过去的几年中，国际多晶硅的现货价格飞速增长，一度从2005 年的35美元/公斤攀升到2008年的480美元/公斤，其发电成本已经超过了石油的成本， 所以硅基太阳能电池目前还没有大规模推广。因此，真正低成本的光伏电池才是解决全球 能源问题的有效途径之一。有机太阳能电池则被认为是新一代低成本太阳能电池。一方面，其有机材料储量 丰富，价格低廉；另一方面，与硅材料相比，丰富多样的有机材料给太阳能电池的制备提供 了近乎无穷无尽的选择空间。有机太阳能电池从上世纪五十年代开始发展，至今已经过去 半个世纪了。自从在1985年C. W. Tang第一次将电子给体-电子受体异质结构引入有机太 阳能电池中后，使其能量转换效率提高到了 1%，人们才真正认识到了有机材料用作太阳能 电池的巨大潜力。二十多年来，固态有机太阳能电池也已经取得了显著的进展，但目前还不 能满足大规模工业化的要求了。因此，有机小分子太阳能电池目前面临的重大科学问题仍 然是其能量转换效率问题。有机给体-受体异质结结构的引入大大提升了有机太阳能电池的能量转换效率， 成为了有机太阳能电池器件中的核心结构。但是光生激子只有在扩散到这一界面之后才 能产生自由载流子，然而激子在有机材料中的扩散长度有限(大约lOnm)，所以在有机给 体-受体异质结结构的基础上改进的体异质结结构，即把给体材料和受体材料在相分离的 基础上进行混掺，可以有效地解决激子扩散长度短的问题。然而，对于有机小分子太阳能电池，影响其能量转换效率的一个重要因素是有机 小分子材料对太阳光谱的利用率低。有机小分子太阳能电池对太阳光的吸收主要集中在可 见光波段(380nm 780nm)，例如富勒烯富勒烯C6tl主要吸收波段在350nm 500nm，酞菁铜 CuPc的吸收波段主要在550nm 700nm。所以太阳光在到达地面之后很大部分波段的光子 无法被电池吸收利用并产生光电流输出。其中紫外波段的光子蕴含了大量的能量，这部分 能量的流失是有机太阳能电池效率的一个较大损失。同时，如果紫外光子的能量不能转化 为光电流输出，会对有机太阳能电池产生例如热效应等不利影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种利用下转换光子调控技术，合理地吸收利 用紫外光子能量，同时结合混合体异质结结构，拓宽激子拆分的区域，提高激子利用率的有 机小分子混合体异质结太阳能电池，已解决目前的太阳能对太阳光谱的利用率低等问题。解决本发明的技术问题所采用的技术方案是提供一种具有有机小分子混合体异 质结的太阳能电池，其包括透明绝缘层，在所述透明绝缘层一侧依次层叠透明电极层、第一 缓冲层、第一光敏层、第二光敏层、第三光敏层、第二缓冲层和高反射率电极层，以及在所述 透明绝缘层另一侧形成下转换层。在本发明的太阳能电池中，所述第一光敏层和第三光敏层其中之一采用电子给体 材料且另一个采用电子受体材料，所述第二光敏层为电子给体材料和电子受体材料混合而 成的体异质结。在本发明的太阳能电池中，所述电子给体材料为酞菁染料、并五苯、吓啉化合物、 或菁染料中的一种。在本发明的太阳能电池中，所述电子受体材料为3，4，9，10-茈四酸二酐(简称为 PTCDA)、富勒烯C6tl、富勒烯C7tl、二奈嵌苯及其衍生物、无机纳米材料、CdSe、CdS、CdTe、Ti02、 SiOJbS、SnO2、碳纳米管、或者石墨烯中的一种。在本发明的太阳能电池中，所述下转换层选自单掺或双掺稀土离子的卤化物、氧 化物、硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐或者钒酸盐中的一种或几种。在本发明的太阳能电池中，所述卤化物为氟化物，所述氟化物为YF3、LiGdF4^KYF4, LiYF4, K2GdF5 或者 BaF2 中的一种。在本发明的太阳能电池中，所述氧化物选自稀土氧化物、氧化锌、氧化锆或复合氧 化物中的一种；所述硼酸盐为GdBO3或者GdAl3(BO3)4 ；所述钒酸盐为LaVO4 ；所述单掺或双 掺的稀土离子选自 Er3+，Tb3+，Eu3+，Pr3+，Tm3+，Gd3+，Nd3+，Tb3+/Yb3，Pr3+/Yb3+, Gd+3/Eu3+, Tm3+/ Yb3+中的一种。在本发明的太阳能电池中，所述高反射率电极层为金属薄膜电极或者金属氧化物 高反射率电极。在本发明的太阳能电池中，所述金属薄膜为Au、Ag、Al、Ca-Al或者Mg_Ag，所述金 属氧化物为ITO或者&10。在本发明的太阳能电池中，所述第一缓冲层和第二缓冲层为聚(3，4_亚乙二氧基 噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)聚合物导电薄膜或者2，9- 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲咯啉、 Alq3、CuPc, LiF小分子材料。在本发明的太阳能电池中，所述透明电极层为氧化铟锡透明电极、氧化锌铝透明 电极、氧化锌镓透明电极、氧化铟锌透明电极、金薄膜、铝薄膜、银薄膜或者碳纳米管导电薄 膜中的一种。在本发明的太阳能电池中，所述透明绝缘层为石英玻璃、硅酸盐玻璃、高硅氧玻 璃、钠钙玻璃、聚氯乙烯、聚碳酸酯或者聚酯中的一种。另外，本发明还提供了一种制备上述太阳能电池的方法，其包括如下步骤步骤一在透明绝缘层镀一层金属氧化物导电薄膜；步骤二采用光刻胶和光刻胶稀释剂对金属氧化物导电薄膜进行涂胶，将其光刻腐蚀成透明电极层；步骤三在所述透明电极层上，采用溶胶-凝胶的方法旋涂聚合物薄膜或者采用 蒸镀方法生长小分子材料形成第一缓冲层；步骤四采用真空蒸镀在第一缓冲层上面形成第一光敏层；步骤五采用真空蒸镀在第一光敏层上面形成第二光敏层；步骤六采用真空蒸镀在第二光敏层上面形成第三光敏层；步骤七在第三光敏层上真空蒸镀小分子材料或者采用旋涂法制备聚合物薄膜作 为第二缓冲层。步骤八在第二缓冲层上真空蒸镀金属薄膜条纹电极或者用溅射法制备金属氧化 物薄膜电极作为高反射率电极层。步骤九在所述透明绝缘层的另一侧采用溶胶-凝胶方法制备一层单掺或双掺稀 土离子的卤化物、氧化物、硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐、钒酸盐或者其组合物的薄膜作为下转换 层，，即可得到所述具有有机小分子混合体异质结的太阳能电池。在本发明的制备方法中，所述光刻胶和光刻胶稀释剂的体积比为1 1。在本发明的制备方法中，所述第一光敏层和第三光敏层其中之一采用电子给体材 料且另一个采用电子受体材料。 在本发明的制备方法中，步骤五中的第二光敏层为电子给体材料和电子受体材料 混合并具有相分离的体异质结。在本发明的制备方法中，所述聚合物薄膜为聚(3，4_亚乙二氧基噻吩)_聚(苯乙 烯磺酸)，所述小分子材料为2，9- 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲咯啉、Alq3、CuPc或者LiF 中的一种。与现有技术相比，本发明的混合体异质结是太阳能电池中光生激子拆分成电子和 空穴的自由载流子，并输出光电流的主要区域，在混合体异质结结构中，供激子拆分的界面 面积大大增大，同时较好的相分离提供了高效的载流子传输通道，提高了光生激子的利用 率；另外，本发明的下转换层可以将高能量的紫红外光子通过材料中的中间亚稳态，以下转 换过程，转换为可以被有机小分子太阳能电池高效吸收的可见光波段光子，其部分过程中 的量子效率将会超过100%，即对应吸收一个光子而产生多个光生载流子的过程，从而提高 有机小分子太阳能电池的能量转换效率。本发明基于有机小分子混合异质结结构，利用下 转换材料的“光谱调控”功能，将不能被电池合理吸收利用的高能量紫外波段光子通过材料 中的中间亚稳态转换为较低能量的可见光波段光子，并被有机太阳能电池高效吸收利用， 提高了电池的光利用率。而且，将混合异质结结构和下转换结构结合在一起，可以提高有机太阳能电池的 太阳光谱利用率和激子拆分效率。同时，高反射率电极合理利用，可以调整器件内的光场分 布，从而使得太阳能电池工作在其最佳状态。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中图1为本发明具有有机小分子混合体异质结的太阳能电池的结构示意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。如图1所示，本发明提供一种具有有机小分子混合体异质结的太阳能电池，其包 括透明绝缘层1，在所述透明绝缘层1 一侧依次层叠透明电极层2、第一缓冲层3、第一光敏 层4、第二光敏层5、第三光敏层6、第二缓冲层7和高反射率电极层8，以及在所述透明绝缘 层1另一侧形成下转换层9。所述透明绝缘层1为石英玻璃、硅酸盐玻璃、高硅氧玻璃、钠钙玻璃等透明玻璃层 中的一种，或者，所述透明绝缘层1为为聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚酯(PET)等透明 绝缘塑胶层中的一种。所述透明电极层2为氧化铟锡(ITO)、氧化锌铝(AZO)、氧化锌镓(GZO)、氧化铟锌 (IZO)等氧化物透明电极中的一种，或者为金(Au)薄膜、铝(Al)薄膜、银(Ag)薄膜等金属 薄膜电极或者碳纳米管导电薄膜等。所述透明电极层2可以作为电池的阳极或者阴极。所述第一缓冲层3的主要作用是修饰透明电极层2与第一光敏层4之间界面、改 善界面电荷传输、阻止水和氧的渗入，同时也有部分阻挡激子的作用。所述第一缓冲层3为 聚(3，4_亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(简称为PEDOTPSS)等聚合物导电薄膜或 者2，9- 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲咯啉(简称为BCP)、Alq3、CuPc、LiF等小分子材料。所述第一光敏层4、第二光敏层5和第三光敏层6共同组成混合体异质结，该混合 体异质结是整个太阳能电池吸收太阳光产生光电流、光电压的主要区域。其中第一光敏层4 和第三光敏层6中任一层采用电子给体材料，则另一层则采用电子受体材料。该电子给体 材料为酞菁染料(CuPC、ZnPC等)、并五苯、吓啉化合物或菁染料等中的一种；该电子受体材 料为3，4，9，10-茈四酸二酐(简称为PTCDA)、富勒烯C6tl、富勒烯C7tl、二奈嵌苯及其衍生物、 无机纳米材料、CdSe、CdS、CdTe, TiO2, ZnO, PbS, SnO2、碳纳米管或者石墨烯等中的一种。在 第一光敏层4和第三光敏层6之间插入的第二光敏层5为电子给体材料和电子受体材料以 一定比例(质量比1 0. 1 1 10)混合而成的体异质结。这种体异质结构与传统的单 异质结相比较，其给体-受体界面的面积大大增大了，使得更多的光生激子可以扩散到给 体-受体界面进行拆分而得到自由载流子，从而提高了太阳能电池的光电转换效率。所述第二缓冲层7与所述第一缓冲层相似，主要起到修饰高放射率电极8与第三 光敏层6之间界面的作用，使其界面更加平整，同时改善界面的电荷注入和输出；所述第二 缓冲层7为聚(3，4_亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)等聚合物导电薄膜或者BCP、 Alq3、CuPc, LiF等小分子材料。所述高反射率电极8为金属薄膜(如Au、Ag、Al、Ca-Al、Mg-Ag等)电极或者金属 氧化物(iT0、ai0)高反射率电极，其可以作为电池的阴极或阳极。所述下转换层9为单掺或双掺稀土离子的卤化物、氧化物、硼酸盐、硅酸盐、磷酸 盐、钒酸盐或者它们的组合物。其中，商化物优选为氟化物，氧化物可以是稀土氧化物、氧化 锌、氧化锆或复合氧化物。具体地，该下转换层的材料例如可以是但不限于单掺或双掺稀土 离子的 YF3、LiGdF4、KYF4、LiYF4^K2GdF5,BaF2、LaVO4、GdBO3、GdAl3 (BO3) 4。单掺或双掺的稀土 离子可包括 Er3+，Tb3+，Eu3+，Pr3+，Tm3+，Gd3+，Nd3+，Tb3+/Yb3, Pr3+/Yb3+, GcT/Eu3+，Tm3+/Yb3+。
另外，本发明还提供了一种制备上述具有有机小分子混合体异质结的太阳能电池 的方法，其包括如下步骤步骤一以石英玻璃或其他透明绝缘材料作为图1中的透明绝缘层1，并在其一侧 溅镀一层金属氧化物导电薄膜；步骤二 采用光刻胶和光刻胶稀释剂(体积比为1 1)对金属氧化物导电薄膜进 行涂胶，并经过前烘、曝光和显影等工序，将其光刻腐蚀成所需要的条纹电极图样作为透明 电极层2，其可以作为阳极，也可以作为阴极；步骤三在透明电极层2上，采用溶胶-凝胶法旋涂聚(3，4_亚乙二氧基噻吩)_聚 (苯乙烯磺酸)等聚合物薄膜或者采用蒸镀方法生长BCP、Alq3、CuPc、LiF等小分子材料作 为第一缓冲层；步骤四采用真空蒸镀在第一缓冲层3上生长电子给体或电子受体材料作为第一 光敏层4;步骤五采用真空蒸镀通过混掺的方式在第一光敏层4上生长电子给体材料和电 子受体材料以一定比例(质量比1 0. 1 1 10)混合并具有较好相分离的体异质结作 为第二光敏层5 ；步骤六采用真空蒸镀在第二光敏层5上生长电子受体材料或电子给体材料作为 第三光敏层6 ；步骤七在第三光敏层6上真空蒸镀Alq3、BCP、CuPc或者LiF等小分子材料或者 采用旋涂法制备聚(3，4_亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)等聚合物薄膜作为第二缓 冲层7;步骤八在第二缓冲层7上真空蒸镀金属薄膜条纹电极或者用溅射法制备金属氧 化物薄膜电极作为高反射率电极层8 ；步骤九在该透明绝缘层1上未镀膜的一侧(另一侧)，采用溶胶-凝胶法制备一 层单掺或双掺稀土离子的卤化物、氧化物、硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐、钒酸盐或者它们的组合 物薄膜作为下转换层9，，即可得到所述具有有机小分子混合体异质结的太阳能电池。以下通过多个实施例来举例说明的不同组成和其制备方法等方面。实施例1一种具有有机小分子混合体异质结的太阳能电池结构如图1所示，其中，该透明 绝缘层1采用石英玻璃；透明电极层2采用ITO条纹电极，其方块电阻为15欧姆/ 口 ；第 一缓冲层3采用聚(3，4_亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)聚合物薄膜；第一光敏层4 采用酞菁铜薄膜；第二光敏层5采用酞菁铜(CuPc)和富勒烯C6tl混蒸；第三光敏层6采用 富勒烯C6tl薄膜；第二缓冲层7采用薄膜；高反射率电极层8采用铝薄膜电极；下转换 层9采用Eu3+掺杂的LiGdF4功能薄膜。其具体制备方法如下(1)首先采用溅射法在石英玻璃一侧生长一层ITO导电薄膜，石英玻璃的厚度 1. lmm, ITO 薄膜厚度为 100nm_120nm ；(2)将ITO导电薄膜光刻蚀成所需要的条纹电极图样作为太阳能电池的阳极；(3)整个ITO玻璃基板通过无水甲醇、丙酮的擦洗，并在去离子水中超声清洗 1-1. 5小时，之后将ITO玻璃基板在150°C的高温炉中烘烤15分钟；
(4)在ITO透明电极上采用溶胶-凝胶的方法，旋涂聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)_聚 (苯乙烯磺酸)薄膜，旋涂转速5000rpm，其薄膜厚度为30-40nm，并将样品置入烘箱内，在 80-90°C烘烤 20-30 分钟；(5)将样品从烘箱中取出，并送入真空蒸镀系统的生长腔中，其真空度为 10_8-10_7Torr，采用真空蒸镀的方式生长酞菁铜(CuPc)电子给体层，其厚度为20-30nm，生 长速率为 0. 01-0. 05nm/s ；(6)在酞菁铜薄膜之上，按照质量比1 0.5的比例混合生长酞菁铜和富勒烯C6tl 的混蒸层，酞菁铜生长速率0. 01-0. 05nm/s,富勒烯C6tl生长速率0. 02-0. 05nm/s，其混蒸层 厚度为10-15nm，形成给体材料和受体材料的混合异质结；(7)在酞菁铜富勒烯C6tl薄膜之上真空蒸镀富勒烯C6tl电子受体层，厚度为 30-40nm,生长速率为 0. 01-0. 05nm/s ；(8)在富勒烯C6tl薄膜之上真空蒸镀八羟基喹啉铝(Alq3)，厚度为5-8nm，生长速率 为 0.01-0. 03nm/s ；(9)在Alq3薄膜之上，辅以条纹掩膜板真空蒸镀100-120nm厚度铝条纹电极作为 太阳能电池的阴极；(10)在石英玻璃未镀膜的一侧，采用溶胶-凝胶方法制备一层Eu3+掺杂的LiGdF4 薄膜，厚度为500-600nm，最后整个器件在110-120摄氏度退火10-20分钟，即可得具有有机 小分子混合体异质结的太阳能电池。实施例2一种具有有机小分子混合体异质结的太阳能电池结构如图1所示，其中，该透明 绝缘层1采用石英玻璃；透明电极层2采用铝条纹电极；第一缓冲层3采用Alq3薄膜；第一 光敏层4采用富勒烯C6tl薄膜；第二光敏层5采用酞菁铜和富勒烯C6tl混掺薄膜；第三光敏 层6采用酞菁铜薄膜；第二缓冲层7采用LiF薄膜；高反射率电极层8采用金薄膜电极；下 转换层9采用Eu3+掺杂的LiGdF4功能薄膜。其具体制备方法如下(1)首先采用真空蒸镀的方法在厚度为1. Imm的石英玻璃一侧辅以条纹电极掩膜 板蒸镀一层铝条纹半透明电极薄膜，其厚度为8-lOnm，生长速率为0. 01nm/s,作为太阳能 电池的阴极；(2)将蒸镀有铝条纹电极的石英玻璃衬底送入真空蒸镀系统的生长腔中，其真空 度为10_8-10_7Torr，采用真空蒸镀的方式生长八羟基喹啉招，其厚度为6-lOnm，生长速率为 0.02-0. 04nm/s ；(3)在八羟基喹啉铝薄膜之上，真空蒸镀富勒烯C6tl电子受体层，厚度为35-45nm， 生长速率为0. 02-0. 06nm/s ；(4)按照质量比为1 1的比例混掺生长CuPc和富勒烯C6tl的混蒸层，CuPc生长 速率0. 02-0. 06nm/s,富勒烯C6tl生长速率0. 02-0. 06nm/s,其混蒸层厚度为10_15nm，形成 给体和受体材料的混合异质结；(5)在CuPc 富勒烯C6tl薄膜之上真空蒸镀CuPc电子给体层，厚度为25-35nm，生 长速率为 0. 02-0. 06nm/s ；(6)在CuPc薄膜之上，真空蒸镀LiF阳极缓冲层，厚度为0. 5nm,生长速率0.01-0. 02nm/s ；(7)在LiF阳极缓冲层之上，辅以条纹掩膜板真空蒸镀40-60nm厚度金条纹电极， 生长速率为0. 03nm/s，作为太阳能电池的阳极；(8)在石英玻璃未镀膜的一侧，采用溶胶-凝胶方法制备一层Eu3+掺杂的LiGdF4 薄膜，厚度为^0-650nm，最后整个器件在100-120摄氏度退火15-20分钟，即可得具有有机 小分子混合体异质结的太阳能电池。本发明的太阳能电池中，太阳光从下转换层9 一侧入射，经过下转换过程，将紫外 部分高能光子转换为可见光波段光子，透过透明绝缘层1和透明电极层2，由有机小分子太 阳能电池的光敏层混合体异质结吸收并转换为自由载流子，经由载流子传输层导出，形成 光电流；透射过电池的部分太阳光经由高反射率电极层8反射后再次经历光敏层的吸收利 用，增加了电池对太阳光能量的吸收。本发明的混合体异质结是太阳能电池中光生激子拆分成电子和空穴的自由载流 子，并输出光电流的主要区域，在混合体异质结结构中，供激子拆分的界面面积大大增大， 同时较好的相分离提供了高效的载流子传输通道，提高了光生激子的利用率；另外，本发明 的下转换层可以将高能量的紫外光子通过材料中的中间亚稳态，以下转换过程，转换为可 以被有机小分子太阳能电池高效吸收的可见光波段光子，其部分过程中的量子效率将会超 过100%，即对应吸收一个光子而产生多个光生载流子的过程，从而提高有机小分子太阳能 电池的能量转换效率。本发明基于有机小分子混合异质结结构，利用下转换材料的“光谱调 控”功能，将不能被电池合理吸收利用的高能量紫外波段光子通过材料中的中间亚稳态转 换为较低能量的可见光波段光子，并被有机太阳能电池高效吸收利用，提高了电池的光利 用率。例如Eu3+掺杂的LiGdF4下转换薄膜功能层对273nm波长的紫外光有强烈的吸收，受 紫外光激发的Eu3+掺杂的LiGdF4体系的发射峰位有两个，一个在554nm波段，一个在614nm 波段，这两个波段的光子都可以较高效率地被有机半导体材料吸收利用。同时本发明也避 免了由于紫外部分光子不能被合理利用而产生的载流子热效应，从而可以提升太阳能电池 的光电转换性能。而且，将混合异质结结构和下转换结构结合在一起，可以提高有机太阳能电池的 太阳光谱利用率和激子拆分效率。同时，高反射率电极合理利用，可以调整器件内的光场分 布，从而使得太阳能电池工作在其最佳状态。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种具有有机小分子混合体异质结的太阳能电池，其包括透明绝缘层，其特征在于， 在所述透明绝缘层一侧依次层叠透明电极层、第一缓冲层、第一光敏层、第二光敏层、第三 光敏层、第二缓冲层和高反射率电极层，以及在所述透明绝缘层另一侧形成下转换层。
2.如权利要求1所述的具有有机小分子混合体异质结的太阳能电池，其特征在于所 述第一光敏层和第三光敏层其中之一采用电子给体材料且另一个采用电子受体材料，所述 第二光敏层为电子给体材料和电子受体材料混合而成的体异质结。
3.如权利要求2所述的具有有机小分子混合体异质结的太阳能电池，其特征在于所 述电子给体材料为酞菁染料、并五苯、吓啉化合物、或菁染料中的一种。
4.如权利要求2所述的具有有机小分子混合体异质结的太阳能电池，其特征在于所 述电子受体材料为3，4，9，10-茈四酸二酐、富勒烯C6tl、富勒烯C7tl、二奈嵌苯及其衍生物、无 机纳米材料、CdSe, CdS、CdTe, TiO2, ZnO, PbS、SnO2、碳纳米管、或者石墨烯中的一种。
5.如权利要求1所述的具有有机小分子混合体异质结的太阳能电池，其特征在于所 述下转换层选自单掺或双掺稀土离子的商化物、氧化物、硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐或者钒酸 盐中的一种或几种。
6.如权利要求5所述的具有有机小分子混合体异质结的太阳能电池，其特征在于所 述卤化物为氟化物，所述氟化物为YF3、LiGdF4、KYF4、LiYF4、K2GdF5或者BaF2中的一种。
7.如权利要求5所述的具有有机小分子混合体异质结的太阳能电池，其特征在于所 述氧化物选自稀土氧化物、氧化锌、氧化锆或复合氧化物中的一种；所述硼酸盐为GdBO3或 者GdAl3 (BO3) 4 ；所述钒酸盐为LaVO4 ；所述单掺或双掺的稀土离子选自Er3+，Tb3+，Eu3+，pr3+, Tm3+，Gd3+，Nd3+，Tb3VYb3, pr3+/Yb3+, Gd+3/Eu3+，Tm3+/Yb3+ 中的一种。
8.如权利要求1所述的具有有机小分子混合体异质结的太阳能电池，其特征在于所 述高反射率电极层为金属薄膜电极或者金属氧化物高反射率电极。
9.如权利要求1所述的具有有机小分子混合体异质结的太阳能电池，其特征在于所 述金属薄膜为Au、Ag、Al、Ca-Al或者Mg-Ag，所述金属氧化物为ITO或者加0。
10.如权利要求1所述的具有有机小分子混合体异质结的太阳能电池，其特征在于所 述第一缓冲层和第二缓冲层为聚(3，4_亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)聚合物导电 薄膜或者2，9- 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲咯啉、Alq3、CuPc, LiF小分子材料。
11.如权利要求1所述的具有有机小分子混合体异质结的太阳能电池，其特征在于所 述透明电极层为氧化铟锡透明电极、氧化锌铝透明电极、氧化锌镓透明电极、氧化铟锌透明 电极、金薄膜、铝薄膜、银薄膜或者碳纳米管导电薄膜中的一种。
12.如权利要求1所述的具有有机小分子混合体异质结的太阳能电池，其特征在于所 述透明绝缘层为石英玻璃、硅酸盐玻璃、高硅氧玻璃、钠钙玻璃、聚氯乙烯、聚碳酸酯或者聚 酯中的一种。
13.一种具有有机小分子混合体异质结的太阳能电池的制备方法，其包括如下步骤 步骤一在透明绝缘层镀一层金属氧化物导电薄膜；步骤二 采用光刻胶和光刻胶稀释剂对金属氧化物导电薄膜进行涂胶，将其光刻腐蚀 成透明电极层；步骤三在所述透明电极层上，采用溶胶-凝胶的方法旋涂聚合物薄膜或者采用蒸镀 方法生长小分子材料形成第一缓冲层；步骤四采用真空蒸镀在第一缓冲层上面形成第一光敏层； 步骤五采用真空蒸镀在第一光敏层上面形成第二光敏层； 步骤六采用真空蒸镀在第二光敏层上面形成第三光敏层；步骤七在第三光敏层上真空蒸镀小分子材料或者采用旋涂法制备聚合物薄膜作为第二缓冲层。步骤八在第二缓冲层上真空蒸镀金属薄膜条纹电极或者用溅射法制备金属氧化物薄 膜电极作为高反射率电极层。步骤九在所述透明绝缘层的另一侧采用溶胶-凝胶方法制备一层单掺或双掺稀土离 子的卤化物、氧化物、硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐、钒酸盐或者其组合物的薄膜作为下转换层， 即可得到所述具有有机小分子混合体异质结的太阳能电池。
14.如权利要求13所述的制备方法，其特征在于在步骤二中，所述光刻胶和光刻胶稀 释剂的体积比为1 1。
15.如权利要求13所述的制备方法，其特征在于所述第一光敏层和第三光敏层其中 之一采用电子给体材料且另一个采用电子受体材料。
16.如权利要求13所述的制备方法，其特征在于在步骤五中，所述第二光敏层为电子 给体材料和电子受体材料混合并具有相分离的体异质结。
17.如权利要求13所述的制备方法，其特征在于所述聚合物薄膜为聚(3，4_亚乙二 氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)，所述小分子材料为2，9- 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲咯 啉、Alq3、CuPc或者LiF中的一种。
全文摘要
本发明涉及一种具有有机小分子混合体异质结的太阳能电池，其包括透明绝缘层，在所述透明绝缘层一侧依次层叠透明电极层、第一缓冲层、第一光敏层、第二光敏层、第三光敏层、第二缓冲层和高反射率电极层，以及在所述透明绝缘层另一侧形成下转换层；本发明将混合体异质结和下转换层结合在一起，可以提高有机太阳能电池的太阳光谱利用率和激子拆分效率，同时，高反射率电极合理利用，可以调整器件内的光场分布，从而使得太阳能电池工作在其最佳状态；本发明还涉及了一种制备上述太阳能电池的方法。
文档编号H01L51/48GK102148331SQ20101011142
公开日2011年8月10日 申请日期2010年2月8日 优先权日2010年2月8日
发明者周明杰, 孙晓宇, 黄杰 申请人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司