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：
随着全球能源需求量的逐年增加，能源问题已成为各国经济发展所要面临的首要难题。国际上普遍认为，在长期的能源战略中，太阳能光伏发电在风力发电、海洋发电、生物质能发电等许多可再生能源中具有更重要的地位。传统的光伏材料为无机半导体材料如Si、Ge、GaAs, GaP, GaN和SiC等。但是，这类无机材料的太阳能电池工艺复杂，价格昂贵，材料要求苛刻，某些材料具有毒性，制作过程中要耗费大量的能量，而且有可能会造成后续污染，同时，其成熟技术的转换效率已基本达到极限值，使进一步改进受到相当大程度的限制。与无机材料相比，有机材料不仅材料本身的生产条件相对温和，有机分子的化学结构容易修饰，而且以此来制作光电池时，也满足成本低、耗能少、容易大面积制作的要求，目前已经成为国内外研究的热点之一。20世纪 80年代中期，C. W. Tang等人提出了用双层异质结器件结构模仿无机太阳能电池，效率达到 1%，有机太阳能电池的研究出现了一个里程碑式的突破。20世纪90年代随着薄膜技术的迅猛发展，例如卷式连续涂膜技术在薄膜塑料工业中的应用，有机太阳能电池的研究进入了一个新的时代，电池的制备与光电转换效率得到了有效地改善和提高。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，方法之一是提高器件的开路电压。而开路电压被认为是由电子给体材料的最高分子占有轨道(HOMO)能级和电子受体材料的最低分子未占有轨道(LUMO)能级的能量差决定的。因此，采用HOMO能级较低的给体材料制备的器件具有较高的开路电压，进而具有较高的能量转换效率。另外一种方法是在有机光电转换层和金属电子之间引入阴极缓冲层，减少激子在有机光电转换层和阴极界面处的淬灭，并且阻止金属向有机层的扩散，达到提高有机薄膜太阳能电池能量转换效率的目的。
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，该电子给体材料具有较低的最高分子占有轨道(HOMO)能级，有利于提高器件的开路电压，同时，该电子给体材料具有传输电子功能，可以作为阴极缓冲层，能够减少激子在有机光电转换层和阴极界面处的淬灭，并起到保护有机光电转换层的作用，最终提高有机薄膜太阳能电池的能量转换效率。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，还包括阳极缓冲层或阴极缓冲层，其特征在于，所述有机功能层设置有有机光电转换层，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，所述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，还包括阳极缓冲层或阴极缓冲层，其特征在于，所述有机功能层设置有有机光电转换层，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，所述电子给体材料具有以下结构骨架其中，R2是以_CnH2n+1为通式的烷基取代基团或者卤素取代基团或者噻吩取代基团，R1 是具有供电子能力的氨基功能团。
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，该电子给体材料的具体分子构造如式1 式20所示
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-C61-丁酸丁酯、1-(3-甲氧羰基)丙基噻吩基-[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。
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包括所述电子给体材料或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.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。
6.一种半透明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
7.根据权利要求6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。同时，该电子给体材料具有传输电子的功能，可作为阴极缓冲层，减少激子在有机光电转换层和阴极界面处的淬灭，最终提高有机薄膜太阳能电池的能量转换效率。
文档编号H01L51/46GK102255049SQ201110132689
公开日2011年11月23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, 王婉, 臧月, 蒋亚东 申请人:电子科技大学