专利名称：一种有机薄膜太阳能电池及其制备方法
技术领域：
本发明涉及电子元器件中的有机光电技术领域，具体涉及一种有机薄膜太阳能电池及其制备方法。
背景技术：
步入21世纪，传统燃料能源的日渐减少以及环境污染的日益突出成为困扰世界经济发展的主要因素。由于太阳能具有取之不尽，用之不竭，没有污染的特点，因而其成为各国科学家开发和利用的新能源之一。太阳能电池是将太阳能辐射的光能转换为电能的器件。太阳能电池可用来向负载，如电灯、计算机等提供电能。目前用作太阳能电池的材料主要有元素半导体材料、无机陶瓷半导体材料和固溶体。因为无机材料发展起步早，所以研究比较广泛。但是由于无机半导体材料本身的加工工艺非常复杂，材料要求苛刻且不易进行大面积柔性加工，以及某些材料具有毒性，大规模使用会受到成本和资源分布的限制，使人们在20世纪70年代起开始探索将一些具有共轭结构的有机化合物应用到太阳能电池。有机太阳能电池材料的特点在于有机化合物的种类繁多，有机分子的化学结构容易修饰，化合物的制备提纯加工简便，可以制成大面积的柔性薄膜器件，拥有未来成本上的优势以及资源的广泛分布性。目前，有机薄膜太阳能电池的能量转化效率还需进一步提高，这就需首先了解它的基本原理。有机太阳能电池的工作原理是基于半导体的异质结的光生伏打效应，当入射光的光子能量大于光电转换材料的禁带宽度时，激发材料内部产生激发子，激子在多种因素导致的静电势能作用下在界面处分离产生电子和空穴，电子在受电子材料中进行传输， 空穴在供电子材料中进行传输，然后电子由阴极收集，空穴由阳极收集，这样外电路就有电流通过。有机薄膜太阳能电池的能量转换效率由开路电压、短路电流和填充因子三个参数决定。在由电子给体材料(Donor)和电子受体材料(Acceptor)构成的异质结型有机薄膜太阳能电池中，开路电压被认为是由Donor的最高分子占有轨道(Η0Μ0)能级和Acc印tor 的最低分子未占有轨道(LUMO)能级的能量差决定的。因此，对于电子给体材料而言，要求其具有较低的Η0Μ0能级，从而获得较高的开路电压。同时，由于有机材料的载流子迁移率较低，使得电子和空穴在传输中的复合，降低了激子分离的效率，影响器件的短路电流和填充因子。因此，开发Η0Μ0能级较低，空穴传输性能较好的电子给体材料是提高有机薄膜太阳能电池能量转换效率的重要途径。
发明内容
本发明所要解决的问题是如何提供一种有机薄膜太阳能电池及其制备方法，该有机薄膜太阳能电池利用一种新型的电子给体材料，该电子给体材料的最高分子占有轨道 (Η0Μ0)能级较低，有利于提高器件的开路电压，而且具有较好的空穴传输能力，能够平衡器件内部两种载流子的传输，提高器件短路电流和填充因子，最终提高有机薄膜太阳能电池的能量转换效率。同时，该给体材料的合成工艺简单，可以有效地降低有机薄膜太阳能电池的成本。本发明所提出的技术问题是这样解决的提供一种有机薄膜太阳能电池，包括衬底、阳极层、阴极层、设置在阳极层和阴极层之间的有机功能层，还包括阳极缓冲层和阴极缓冲层中的一种或两种，其特征在于，该有机功能层中设置了有机光电转换层，有机光电转换层为电子给体材料与电子受体材料构成的异质结，电子给体材料具有以下结构骨架
权利要求
1. 一种有机薄膜太阳能电池，包括衬底、阳极层、阴极层、设置在阳极层和阴极层之间的有机功能层，还包括阳极缓冲层和阴极缓冲层中的一种或两种，其特征在于，该有机功能层中设置了有机光电转换层，有机光电转换层为电子给体材料与电子受体材料构成的异质结，电子给体材料具有以下结构骨架
2.根据权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述电子受体层材料包括C6tl及其衍生物，噻吩类材料，PPV衍生物或稠环芳香化合物，其中，C6tl衍生物包括(6， 6)-苯基-C61-丁酸甲酯、(6，6)-苯基义61-丁酸丁酯或1-(3-甲氧羰基)丙基-1-噻吩基-[6，6]_亚甲基富勒烯，噻吩类材料包括二氰基乙烯基-三聚噻吩或聚(3-氰基-4-己基噻吩)，PPV衍生物包括[氧杂-1，4-亚苯基-1，2- (1-氰基)-亚乙烯基-2，5- 二辛氧-1， 4-亚苯基-1，2-(2-氰基)-亚乙烯基-1，4-亚苯基]聚合物或聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-α -氰基-对苯乙烯撑]，稠环芳香化合物材料包括3，4，9，10-茈四羧基-双苯并咪唑或3，4，9，10-茈四甲酸二酐。
3.根据权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述阳极缓冲层材料为功函数高的无机化合物或者具有低的最高被占用能级的有机化合物，无机化合物包括三氧化钼、五氧化二钒或三氧化钨，有机化合物为酞菁衍生物，萘酞菁衍生物，P卜啉衍生物，芳香二胺化合物或聚合物材料。
4.根据权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述阴极缓冲层材料为功函数低的无机化合物或者具有高的最低未被占用能级的有机化合物，无机化合物包括碳酸铯、氟化锂、氧化钙)、氧化钛或氧化锌，有机化合物为金属有机配合物、吡啶类、邻菲咯啉类、噁二唑类或咪唑类化合物材料中的一种材料。
5.一种有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤①对衬底进行超声清洗，清洗后吹干；②将衬底移入真空蒸发室中进行阳极层的制备；③采用真空蒸镀或旋涂的方法制备有机功能层，有机功能层至少包括电子给体层和电子受体层，所述电子给体层材料具有以下结构骨架
6.根据权利要求5所述的有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，有机功能层的制备方法包括采取在高真空室中蒸镀的方式和在旋涂机中旋涂成膜的方式，或采取喷涂、自组装、喷墨打印、丝网印刷、剥离、有机气相沉积的方式及以上几种制备方式的组合使用。
全文摘要
本发明公开了一种有机薄膜太阳能电池，包括衬底、阳极层、阴极层、设置在阳极层和阴极层之间的有机功能层，该有机功能层至少包括有机光电转换层，该有机光电转换层为电子给体材料与电子受体材料构成的异质结，该电子给体材料的最高分子占有轨道(HOMO)能级较低，有利于提高器件的开路电压，而且具有较好的空穴传输能力，可以提高器件短路电流和填充因子，最终提高有机薄膜太阳能电池的能量转换效率。同时，该给体材料的合成工艺简单，可以有效地降低有机薄膜太阳能电池的成本。
文档编号H01L51/46GK102280585SQ20111013268
公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月20日 优先权日2011年5月20日
发明者于军胜, 臧月, 蒋亚东, 黄江 申请人:电子科技大学