专利名称：具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池及其制造方法
技术领域：
本发明涉及聚合物太阳能电池领域，具体涉及一种具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池及其制造方法。
背景技术：
在全球能源需求日渐增加的趋势下，太阳能被视为最有前途的可利用的可再生能源之一。与结构工艺复杂、成本高昂、光电压受光强影响波动大的传统半导体固结太阳电池相比，聚合物太阳能电池因其加工容易、毒性小、成本低和材料选择余地大等特点，引起了广泛的关注。大量研究表明，在广泛发展的聚合物太阳能电池中，聚合物太阳能电池因其重量轻可制成柔性、特种形状器件，通过分子设计和合成新型半导体聚合物或有机分子可以方便调控器件的性能等这些独特的优点，已成为近年来的太阳能领域一个研究热点。
对于聚合物太阳能电池来说不可避免的存在光反射损失的问题，从而影响了电池的效率，造成聚合物太阳能电池的光吸收效率较低主要有三个主要原因1)半导体的能隙太高，太阳到达地球表面的能量主要集中在400 110Onm范围内，能隙宽度为I.IeV(IlOOnm)的半导体可以吸收地面上77%的太阳辐射，而多数的导电聚合物的能隙大于2. OeV，这限制了聚合物太阳能电池的光吸收效率；2)导电聚合物活化层太薄，虽然增加活化层的厚度可提高光吸收效率，但这又与激子需要较小的扩散长度相矛盾，增加活化层的厚度不是提高光吸收效率的理想方法；3)光的反射，目前提高聚合物太阳能电池光吸收效率的思路主要从改进导电聚合物材料上来考虑，集中在提高激子的扩散长度及发展低能带隙的聚合物上面，如专利号为ZL200410014324. 7、名称为“软基固态染料敏化薄膜太阳能电池及其制备方法”的中国专利，专利号为ZL 200410017830. I、名称为“基于聚合物掺杂准固态电解质材料的太阳能电池及其制备方法”的中国专利，而对于如何降低光反射以提高聚合物太阳能电池的光吸收效率没有相关的研究报道。
和无机太阳能电池中广泛应用抗反射层(如典型的硅太阳能电池中的制绒工艺) 来提高其光吸收效率相比，在聚合物太阳能电池的光吸收层(即导电聚合物层)加工抗反射层结构有较大的难度。导电聚合物(conductingpolymer)又称导电高分子,是指通过掺杂等手段，能使得电导率在半导体和导体范围内的聚合物。这一类聚合物主链上含有交替的单键和双键，从而形成了大的共轭n键体系，而n电子的流动是其能够导电的原因。与此同时，共轭n键的作用使得大部分导电聚合物难溶和难熔，导电聚合物一旦形成导电聚合物层很难进行再加工。在聚合物太阳能电池中为了增强导电聚合物的热稳定性及增加光吸收效果，通常还将富勒烯共价键链接到导电聚合物材料上，这些结构进一步增强了导电聚合物分子链的刚性。此外，大部分导电聚合物对环境比较敏感，其电特性在氧化、潮湿和化学作用下容易随时间退化，这使得在微纳加工领域中广泛使用的加工方法如化学刻蚀、 等离子刻蚀、LIGA技术等方法应用到导电聚合物微纳结构的加工上都存在着较大的局限性。上述的问题使得在导电聚合物上进行有效地、低成本的微纳结构加工成为一个难点，这也是目前没有聚合物太阳能电池抗反射层结构相关报道的一个重要原因。
当物体表面的功能结构尺寸与照射光的波长相当或比照射光的波长更小的情况下，通过多次折射，光的反射作用会被大大削弱，该种周期性的纳米尺度结构称之为亚波长抗反射结构。发明内容
本发明提供了一种具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池，通过在导电聚合物层表面设置突起形成亚波长抗反射结构，大大削弱光的反射作用，有效地束缚住光束，从而提高聚合物太阳能电池的光转化效率。
—种具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池，包括盖板、阴极、给体层、受体层和阳极，给体层为导电聚合物层，所述的导电聚合物层靠近阴极一侧设有亚波长抗反射结构，所述的亚波长抗反射结构包括若干个结构尺寸小于等于400nmX400nmX400nm的突起。
所述的亚波长抗反射结构与导电聚合物层的材料一致。
为了得到更好的发明效果，以下作为本发明的优选
所述的突起之间的间距小于等于400nm，使得突起之间照射光能在各个突起之间多次折射，能有效地束缚住光束，减少反射。
进一步优选，所述的突起的结构尺寸大于等于50nmX50nmX50nm且小于等于 300nmX 300nmX 300nm ;所述的突起之间的间距大于等于50nm且小于等于300nm。该结构尺寸的突起和间距能够更好地束缚住光束，减少反射，提高聚合物太阳能电池的光转化效率。
更进一步优选，所述的突起的结构尺寸大于等于IOOnmX IOOnmX IOOnm且小于等于200nmX 200nmX 200nm ;所述的突起之间的间距大于等于IOOnm且小于等于250nm。该结构尺寸的突起和间距能够很好地束缚住光束，减少反射，提高聚合物太阳能电池的光转化效率。
多个突起的结构尺寸相同，并等距设置在导电聚合物层上。通过这些周期性结构的设置，保证了入射光在导电聚合物层表面多次折射，减少反射。
所述的突起为正棱柱、正棱锥中的一种或者两种。所述的突起为正方体、正四棱锥、正三棱锥、正六棱柱中的一种或两种以上。这些规则的形状能更好地束缚住光束，减少反射。
本发明还提供了一种具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池的制备方法，采用超声复合热转印的加工方法进行亚波长抗反射结构的加工，通过超声场来降低导电聚合物中共轭分子链间的强刚性，改善导电聚合物的流动特性，以获得更好的压印质量。
所述的具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池的制备方法，包括以下步骤
I)根据所需的亚波长抗反射结构制备压印模具；
2)安装好压印模具，将导电聚合物层、受体层和阳极安装好，作为基片放入工作台，然后将压印模具与导电聚合物层贴合，抽真空；
3)将压印模具与基片加热至热转印工作温度，在施加超声波的条件下压印，保压后降温；
4)当温度降至脱模温度时，在施加超声波的条件下先释放真空再脱模分离压印模具与基片；
5)脱模分离后的基片与盖板、阴极组装后，得到具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池。
进一步优选，所述的具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池的制备方法，包括以下步骤
I)根据所需的亚波长抗反射结构制备压印模具；
2)安装好压印模具，将导电聚合物层、受体层和阳极安装好，作为基片放入工作台，然后将压印模具与导电聚合物层贴合，抽真空，相对真空度为-0. 09MPa -0. IMPa ；
3)将压印模具与基片加热至热转印工作温度120°C 300°C，在热转印压力为 0. 7MPa I. OMPa和施加沿压印模具移动方向的超声波的条件下压印，并保持热转印压力 30s 180s，降温；
4)当温度降至脱模温度80°C 150°C时，在施加沿压印模具移动方向的超声波的条件下先释放真空再脱模分离压印模具与基片；
5)脱模分离后的基片与盖板、阴极组装后，得到具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池。
进一步优选，步骤3)和4)中，所述的超声波由超声波发生器发出，超声波发生器的输出功率为IOW 200W，共振频率为5KHZ 10KHZ，最大振幅为I. 2 y m I. 8 y m。一般频率为5KHz lOKHz，可称为超声波，定义为高频超声。步骤3)中，通过高频超声波来降低导电聚合物中共轭分子链间的强刚性，改善导电聚合物的流动特性；步骤4)中，高频超声波可以在压印模具和导电聚合物层之间起到润滑效果，便于压印模具和与导电聚合物层分离。
更进一步优选，步骤3)和4)中，所述的超声波由超声波发生器发出，超声波发生器的输出功率为100W 200W，共振频率为9KHZ lOKHz，最大振幅为I. 5 y m I. 8 y m。 该优选范围内发射的超声波，能起到更好地改善导电聚合物的流动特性，也能在压印模具和导电聚合物层之间更好地发挥润滑效果，便于分离。
与现有技术相比，本发明的有益效果是
本发明具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池，在聚合物太阳能电池的导电聚合物层上制备亚波长抗反射结构，使得光线入射到太阳能电池表面的时候，通过导电聚合物层表面的亚波长抗反射结构的多次折射，大大削弱光的反射作用，能有效地束缚住光束，增加透射率，提高聚合物太阳能电池的光转化效率。与现有的提高聚合物太阳能电池的光吸收率方法相比，重点不在于聚合物太阳能电池的光吸收层(导电聚合物层)的材料成分的改善，而是从结构上直接改进，可以适合于不同的导电聚合物材料，应用对象广，有利于聚合物太阳能电池的推广应用。
本发明具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池的制备方法，采用超声复合热转印的加工方法进行亚波长抗反射结构的加工，通过超声场来降低导电聚合物中共轭分子链间的强刚性，改善导电聚合物的流动特性，以获得更好的压印质量。同时，超声场对压印模具和导电聚合物层间起到润滑效果，便于压印模具与导电聚合物层分离，降低了压印模具与导电聚合物分离时对亚波长抗反射结构所造成破坏，从而可以得到较高质量的亚波长抗反射结构。该制备方法加工成本低、加工高效，易于工业化生产，具有较好的经济效益和广阔的应用前景。
图I为本发明具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池的结构示意图2为本发明的亚波长抗反射结构中突起为正方体的结构示意图3为图2中沿A-A剖面线的剖视图4为本发明的亚波长抗反射结构中突起为正四棱锥的结构示意图5为本发明的亚波长抗反射结构中突起为正六棱柱的结构示意图6为本发明超声波辅助热转印的原理示意图7为本发明具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
图I所示，为本发明具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池，包括依次设置的盖板I、阴极2、给体层4、受体层5和阳极6，太阳光7从盖板I方向射入，给体层4为导电聚合物层，导电聚合物层靠近阴极2 —侧设有亚波长抗反射结构3，亚波长抗反射结构 3包括若干个结构尺寸小于等于400nmX400nmX400nm的突起，突起之间的间距小于等于 400nm。盖板I 一般为透明玻璃或透明塑料，阴极一般为透明并导电的氧化铟锡薄膜，具体实施中，一般将带有氧化铟锡薄膜的透明玻璃或透明塑料作为盖板I和阴极2。给体层4中的导电聚合物为聚苯胺(PAn)、聚吡咯(PPy)、聚对苯撑乙烯(PPV)、聚噻吩(PT)、聚芴(PF) 等中的一种。受体层5的材料为富勒烯(C6tl)、茈二酰亚胺(PV)、纳米TiO2、纳米ZnO等中的一种。阳极6中的材料有铝、银等中的一种。
亚波长抗反射结构3中的若干个突起的结构尺寸相同，并等距设置在导电聚合物层上，突起可以是正棱柱、正棱锥中的一种或者两种，具体的，突起为正方体、正四棱锥、正三棱锥、正六棱柱中的一种或两种以上。如图2和图3所示，突起为正方体，b = 150nm, d =300nm, h = 150nm;如图4所示,突起为正四棱锥,相邻正四棱锥的间距为120nm,正四棱锥的底面正方形的边长为200nm，高度150nm，即突起的结构尺寸为200nmX 200nmX 150nm ； 如图5所示，突起为正六棱柱，突起的底面正六边形的边长L为lOOnm，高为150nm，突起的底面正六边形中心到相邻突起的底面正六边形中心的间距为450nm，即相邻突起之间的间距等于250nm。
如图6所示，本发明的具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池的制备可以采用现有的热压成型设备，关键是增加了超声波发生器11进行辅助，包括压印模具8、基片9、 工作台10以及放置在工作台10的正下方的超声波发生器11，基片9包括给体层4、受体层 5和阳极6。
如图I、图6、图7所示，一种具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池的制备方法，包括以下步骤
I)根据所需的亚波长抗反射结构3制备压印模具8 ；
即根据所需突起的形状、间距和个数制备压印模具8，制备与亚波长抗反射结构3 凹凸相反结构的压印模具8，该压印模具8可以通过现有的LIGA技术制备，LIGA是光刻、电铸和注塑的缩写，LIGA技术是一种基于X射线光刻技术的MEMS加工技术，是一种常用的微纳结构的加工制作方法，压印模具8的材料为硅或镍；
2)安装好压印模具8，将导电聚合物层、受体层5和阳极6依次安装好，作为基片 9放入工作台10，基片9上的导电聚合物层朝向压印模具8，超声波发生器11放置在工作台10的正下方，以使能够施加沿压印模具8移动方向的超声波，然后将压印模具8与导电聚合物层9贴合，抽真空，相对真空度为-0. 09MPa -0. IMPa ；
3)将压印模具8与基片9加热至热转印工作温度120°C 300°C，在热转印压力为0. 7MPa I. OMPa和施加沿压印模具8移动方向的超声波的条件下压印，并保持热转印压力30s 180s，保持热转印压力不变，撤去超声波振动，降低温度；
4)当温度降至脱模温度80°C 150°C时，在重新施加沿压印模具8移动方向的超声波的条件下先释放真空，待压力减至零再脱模分离压印模具8与基片9，脱模分离后的基片9与盖板I、阴极2组装后，得到具有亚波长抗反射结构3的聚合物太阳能电池。
步骤3)和4)中,超声波由超声波发生器11发出，超声波发生器11的输出功率为 IOW 200W，共振频率为5KHz lOKHz，最大振幅为I. 2 y m I. 8 y m。
实施例I
如图I、图6、图7所示，一种具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池的制备方法，包括以下步骤
I)根据所需的亚波长抗反射结构3，如图2和图3所示，突起为正方体，结构尺寸等于 150nmX 150nmX 150nm, b = 150nm, d = 300nm, h = 150nm,突起之间的间距等于 150nm, 制备与该亚波长抗反射结构3凹凸相反结构的压印模具8 ;该压印模具8通过现有的LIGA 技术制备，压印模具8的材料为镍；
2)安装好压印模具8，将导电聚合物层、受体层5和阳极6依次安装好，导电聚合物层(即给体层4)的导电聚合物为聚噻吩(平均分子量为34kD，kD是千道尔顿)，厚度为 50 u m,受体层5为茈二酰亚胺(PV)(平均分子量为38kD)，厚度为20 u m,阳极6为铝膜，厚度为lOOnm，作为基片9放入工作台10，基片9的大小为IOOmmX 100mm，基片9上的导电聚合物层朝向压印模具8，超声波发生器11放置在工作台10的正下方，以使能够施加沿压印模具8移动方向的超声波，然后将压印模具8与导电聚合物层9贴合，抽真空，相对真空度为-0. 09MPa ；
3)将压印模具8与基片9加热至热转印工作温度180°C，在热转印压力为0. 85MPa 和施加沿压印模具移动8方向的超声波的条件下压印，并保持热转印压力80s，保持热转印压力不变，撤去超声波，降低温度；
4)当温度降至脱模温度100°C时，在重新施加沿压印模具8移动方向的超声波的条件下先释放真空，待压力减至零再脱模分离压印模具8与基片9，脱模分离后的基片9与盖板I、阴极2组装后，盖板I为透明玻璃，阴极2为氧化铟锡薄膜，得到具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池。
步骤3)和4)中,超声波由超声波发生器11发出，超声波发生器11的输出功率为 200W，共振频率为lOKHz，最大振幅为1.8iim。
在模拟太阳光强为100mW/cm2(AMl. 5)的条件下测得本实施例制备的具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池的光能量转化效率为2. 5%。
实施例2
如图I、图6、图7所示，一种具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池的制备方法，包括以下步骤
I)根据所需的亚波长抗反射结构3，如图4所示，突起为正四棱锥，相邻正四棱锥的间距为120nm，正四棱锥的底面正方形的边长为200nm，高度150nm，即突起的结构尺寸为 200nmX200nmX 150nm,制备与该亚波长抗反射结构3凹凸相反结构的压印模具8 ;该压印模具8通过现有的LIGA技术制备，压印模具8的材料为镍；
2)安装好压印模具8，将导电聚合物层、受体层5和阳极6依次安装好，导电聚合物层(即给体层4)的导电聚合物为聚噻吩(平均分子量为341^)，厚度为5(^111，受体层5 为茈二酰亚胺(PV)(平均分子量为38kD)，厚度为20 iim，阳极6为铝膜，厚度为lOOnm，作为基片9放入工作台10，基片9的大小为IOOmmX 100mm，基片9上的导电聚合物层朝向压印模具8，超声波发生器11放置在工作台10的正下方，以使能够施加沿压印模具8移动方向的超声波，然后将压印模具8与导电聚合物层9贴合，抽真空，相对真空度为-0. 09MPa ；
3)将压印模具8与基片9加热至热转印工作温度180°C，在热转印压力为0.85MPa 和施加沿压印模具移动8方向的超声波的条件下压印，并保持热转印压力80s，保持热转印压力不变，撤去超声波，降低温度；
4)当温度降至脱模温度100°C时，在重新施加沿压印模具8移动方向的超声波的条件下先释放真空，待压力减至零再脱模分离压印模具8与基片9，脱模分离后的基片9与盖板I、阴极2组装后，盖板I为透明玻璃，阴极2为氧化铟锡薄膜，得到具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池。
步骤3)和4)中,超声波由超声波发生器11发出，超声波发生器11的输出功率为 200W，共振频率为lOKHz，最大振幅为1.8iim。
在模拟太阳光强为100mW/cm2(AMl. 5)的条件下测得本实施例制备的具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池的光能量转化效率为2. 3%。
实施例3
如图I、图6、图7所示，一种具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池的制备方法，包括以下步骤
I)根据所需的亚波长抗反射结构3，如图5所示，突起为正六棱柱，突起的底面正六边形的边长L为lOOnm，高为150nm，突起的底面正六边形中心到相邻突起的底面正六边形中心的间距为450nm，即相邻突起之间的间距等于250nm，制备与该亚波长抗反射结构3 凹凸相反结构的压印模具8 ;该压印模具8通过现有的LIGA技术制备，压印模具8的材料为镍；
2)安装好压印模具8，将导电聚合物层、受体层5和阳极6依次安装好，导电聚合物层(即给体层4)的导电聚合物为聚噻吩(平均分子量为341^)，厚度为5(^111，受体层5 为茈二酰亚胺(PV)(平均分子量为38kD)，厚度为20iim，阳极6为铝膜，厚度为lOOnm，作为基片9放入工作台10，基片9的大小为IOOmmX 100mm，基片9上的导电聚合物层朝向压印模具8，超声波发生器11放置在工作台10的正下方，以使能够施加沿压印模具8移动方向的超声波，然后将压印模具8与导电聚合物层9贴合，抽真空，相对真空度为-0. 09MPa ；
3)将压印模具8与基片9加热至热转印工作温度180°C，在热转印压力为0.85MPa 和施加沿压印模具移动8方向的超声波的条件下压印，并保持热转印压力80s，保持热转印压力不变，撤去超声波，降低温度；
4)当温度降至脱模温度100°C时，在重新施加沿压印模具8移动方向的超声波的条件下先释放真空，待压力减至零再脱模分离压印模具8与基片9，脱模分离后的基片9与盖板I、阴极2组装后，盖板I为透明玻璃，阴极2为氧化铟锡薄膜，得到具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池。
步骤3)和4)中,超声波由超声波发生器11发出，超声波发生器11的输出功率为 200W，共振频率为lOKHz，最大振幅为1.8iim。
在模拟太阳光强为100mW/cm2(AMl. 5)的条件下测得本实施例制备的具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池的光能量转化效率为2. 6%。
实施例4
如图I、图6、图7所示，一种具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池的制备方法，包括以下步骤
I)根据所需的亚波长抗反射结构3，突起为正方体，结构尺寸等于 250nmX250nmX250nm,突起之间的间距等于250nm,制备与该亚波长抗反射结构3凹凸相反结构的压印模具8 ;该压印模具8通过现有的LIGA技术制备，压印模具8的材料为镍；
2)安装好压印模具8，将导电聚合物层、受体层5和阳极6依次安装好，导电聚合物层(即给体层4)的导电聚合物为聚噻吩(平均分子量为341^)，厚度为5(^111，受体层5 为茈二酰亚胺(PV)(平均分子量为38kD)，厚度为20 iim，阳极6为铝膜，厚度为lOOnm，作为基片9放入工作台10，基片9的大小为IOOmmX 100mm，基片9上的导电聚合物层朝向压印模具8，超声波发生器11放置在工作台10的正下方，以使能够施加沿压印模具8移动方向的超声波，然后将压印模具8与导电聚合物层9贴合，抽真空，相对真空度为-0. 09MPa ；
3)将压印模具8与基片9加热至热转印工作温度180°C，在热转印压力为0.85MPa 和施加沿压印模具移动8方向的超声波的条件下压印，并保持热转印压力80s，保持热转印压力不变，撤去超声波，降低温度；
4)当温度降至脱模温度100°C时，在重新施加沿压印模具8移动方向的超声波的条件下先释放真空，待压力减至零再脱模分离压印模具8与基片9，脱模分离后的基片9与盖板I、阴极2组装后，盖板I为透明玻璃，阴极2为氧化铟锡薄膜，得到具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池。
步骤3)和4)中,超声波由超声波发生器11发出，超声波发生器11的输出功率为 200W，共振频率为lOKHz，最大振幅为1.8iim。
在模拟太阳光强为100mW/cm2(AMl. 5)的条件下测得本实施例制备的具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池的光能量转化效率为2. 4%。
实施例5
如图I、图6、图7所示，一种具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池的制备方法，包括以下步骤
I)根据所需的亚波长抗反射结构3，突起为正方体，结构尺寸等于 350nmX350nmX350nm,突起之间的间距等于350nm,制备与该亚波长抗反射结构3凹凸相反结构的压印模具8 ;该压印模具8通过现有的LIGA技术制备，压印模具8的材料为镍；
2)安装好压印模具8，将导电聚合物层、受体层5和阳极6依次安装好，导电聚合物层(即给体层4)的导电聚合物为聚噻吩(平均分子量为34kD)，厚度为50 μ m，受体层5 为茈二酰亚胺(PV)(平均分子量为38kD)，厚度为20 μ m,阳极6为铝膜，厚度为lOOnm，作为基片9放入工作台10，基片9的大小为IOOmmX 100mm，基片9上的导电聚合物层朝向压印模具8，超声波发生器11放置在工作台10的正下方，以使能够施加沿压印模具8移动方向的超声波，然后将压印模具8与导电聚合物层9贴合，抽真空，相对真空度为-0. 09MPa ；3)将压印模具8与基片9加热至热转印工作温度180°C，在热转印压力为0.85MPa 和施加沿压印模具移动8方向的超声波的条件下压印，并保持热转印压力80s，保持热转印压力不变，撤去超声波，降低温度；4)当温度降至脱模温度100°C时，在重新施加沿压印模具8移动方向的超声波的条件下先释放真空，待压力减至零再脱模分离压印模具8与基片9，脱模分离后的基片9与盖板1、阴极2组装后，盖板1为透明玻璃，阴极2为氧化铟锡薄膜，得到具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池。步骤幻和4)中，超声波由超声波发生器11发出，超声波发生器11的输出功率为 200W，共振频率为IOKHz，最大振幅为1.8μπι。在模拟太阳光强为lOOmW/cm2 (AMI. 5)的条件下测得本实施例制备的具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池的光能量转化效率为2. 35%。对比例1 (未有亚波长抗反射结构)盖板1为透明玻璃，阴极2为氧化铟锡薄膜，导电聚合物层(即给体层4)的导电聚合物为聚噻吩(平均分子量为:34kD)，厚度为50 μ m,受体层5为茈二酰亚胺(PV)(平均分子量为38kD)，厚度为20 μ m,阳极6为铝膜，厚度为lOOnm，将盖板1、阴极2、给体层4、受体层5和阳极组装后，得到聚合物太阳能电池。在模拟太阳光强为lOOmW/cm2 (AMI. 5)的条件下测得该聚合物太阳能电池光能量转化效率为2.0%。通过实施例1、实施例2和对比例1的光能量转化效率来看，由于本发明亚波长抗反射结构的存在，具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池的光能量转化效率可以提高超过15%。
权利要求
1.ー种具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池，包括盖板、阴极、给体层、受 体层和阳极，给体层为导电聚合物层，其特征在干，所述的导电聚合物层靠近阴极ー 侧设有亚波长抗反射结构，所述的亚波长抗反射结构包括若干个结构尺寸小于等于 400nmX400nmX400nm 的突起。
2.根据权利要求1所述的具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池，其特征在干， 所述的突起之间的间距小于等于400nm。
3.根据权利要求1所述的具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池，其特征在干， 所述的突起的结构尺寸大于等于50nmX 50nmX 50nm且小于等于300nmX 300nmX 300nm ；所述的突起之间的间距大于等于50nm且小于等于300nm。
4.根据权利要求1所述的具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池，其 特征在干，所述的突起的结构尺寸大于等于IOOnmX IOOnmX IOOnm且小于等于 200nmX200nmX200nm ；所述的突起之间的间距大于等于IOOnm且小于等于250nm。
5.根据权利要求1所述的具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池，其特征在干， 若干个突起的结构尺寸相同，并等距设置在导电聚合物层上。
6.根据权利要求1所述的具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池，其特征在干， 所述的突起为正棱柱、正棱锥中的一种或者两种。
7.根据权利要求6所述的具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池，其特征在干， 所述的突起为正方体、正四棱锥、正三棱锥、正六棱柱中的ー种或两种以上。
8.根据权利要求1 7任一项所述的具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池的制 备方法，包括以下步骤1)根据所需的亚波长抗反射结构制备压印模具；2)安装好压印模具，将导电聚合物层、受体层和阳极安装好，作为基片放入工作台，然 后将压印模具与导电聚合物层贴合，抽真空；3)将压印模具与基片加热至热转印工作温度，在施加超声波的条件下压印，保压后降ナ皿；4)当温度降至脱模温度吋，在施加超声波的条件下先释放真空再脱模分离压印模具与 基片；5)脱模分离后的基片与盖板、阴极组装后，得到具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳 能电池。
9.根据权利要求8所述的具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池的制备方法，其 特征在干，包括以下步骤1)根据所需的亚波长抗反射结构制备压印模具；2)安装好压印模具，将导电聚合物层、受体层和阳极安装好，作为基片放入工作台，然 后将压印模具与导电聚合物层贴合，抽真空，相对真空度为-0. 09MPa -0. IMPa ；3)将压印模具与基片加热至热转印工作温度120°C 300°C，在热转印压カ为 0. 7MPa 1. OMI^a和施加沿压印模具移动方向的超声波的条件下压印，并保持热转印压力 30s 180s，降温；4)当温度降至脱模温度80°C 150°C吋，在施加沿压印模具移动方向的超声波的条件下先释放真空再脱模分离压印模具与基片；.5)脱模分离后的基片与盖板、阴极组装后，得到具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池。
10.根据权利要求8或9所述的具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤3)和4)中，所述的超声波由超声波发生器发出，超声波发生器的输出功率为IOW 200W，共振频率为5KHz IOKHz，最大振幅为I. 2 y m I. 8 y m。
全文摘要
本发明公开了一种具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池，包括盖板、阴极、给体层、受体层和阳极，给体层为导电聚合物层，导电聚合物层靠近阴极一侧设有亚波长抗反射结构，包括若干个结构尺寸小于等于400nm×400nm×400nm的突起，通过亚波长抗反射结构，大大削弱光的反射作用，有效地束缚住光束，从而提高聚合物太阳能电池的光转化效率。本发明还公开了一种具有亚波长抗反射结构的聚合物太阳能电池的制备方法，采用超声复合热转印的加工方法，通过超声场来降低导电聚合物中共轭分子链间的强刚性，改善导电聚合物的流动特性，以获得更好的压印质量，该方法加工成本低、加工高效，易于工业化生产，具有广阔的应用前景。
文档编号H01L51/44GK102544376SQ20121000573
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者傅建中, 姚鑫骅, 沈洪垚, 章婷, 贺永, 赵朋, 陈子辰 申请人:浙江大学