专利名称：一种基于微腔结构的聚合物太阳能电池及其制备方法
技术领域：
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及ー种基于微腔结构的聚合物太阳能电池及其制备方法。
背景技术：
传统太阳能电池多数以ITO作为电极，而且昂贵的铟是构成ITO的主要原料，因此高成本将是导致有机太阳能电池在大規模生产中出现瓶颈的主要因素之一。另一方面，生产ITO需要很强的能量，在提供能量的过程中会引起很多环境问题，这些环境问题最终会导致能源成本的提高，从而引起太阳能电池成本的提高。而聚合物太阳能电池由于其廉价、柔性、大面积等优点，已成为近年来清洁、可再生能源研究領域的ー个热点，其中ITO-Free聚合物太阳能电池在一步步的探索中被认为具有很强大的商业潜能。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于微腔结构的聚合物太阳能电池的制备方法，该太阳能电池以石英玻璃为衬底，以在石英玻璃上蒸镀的W03/Ag/W03膜为底电极，以聚合物材料为有源层，以LiF/Al复合层为顶电极；Ag和Al电极之间形成金属微腔结构，这种结构能够使器件内部的光来回振荡，发生光学谐振作用，使有源层材料的吸收得到增强，从而提高了器件的短路电流密度和能量转化效率，利用本方法制备的微腔结构聚合物太阳能电池，解决了传统聚合物太阳能电池吸收范围窄、光子率利用率低的问题。有源层为P3HT (Poly(3-hexylthiophene-2, 5-diyl),聚 3 己基噻吩)与 PCBM ( [6, 6] -phenyl-C61-butyric acidmethyl ester,富勒烯衍生物)按照I :0. 8 I的质量比混合物。本发明所述的ー种基于微腔结构的聚合物太阳能电池的制备方法，其步骤如下I.使用清洁的石英玻璃作为衬底，首先通过真空蒸发的方式在石英玻璃上得到半透明底电极(W03/Ag/W03):在多源有机气相分子沉积系统中，在石英玻璃上依次蒸镀30 50nm厚的WO3,10 20nm厚的Ag和15 30nm厚的WO3,蒸发速度为0. 2 0. 5nm/s,使用膜厚仪检测材料蒸发速度；2.有源层是聚合物太阳能电池的吸光层，平整的有源层薄膜是获得高效率电池的基础，我们使用聚合物材料制备体异质结太阳能电池的有源层将给体材料P3HT (Poly (3-hexylthiophene-2, 5-diyl),聚 3 己基噻吩)与受体材料 PCBM( [6, 6] -phenyl-C61-butyricacid methyl ester,富勒烯衍生物)按照I :0. 8 I的质量比进行混合,然后加入有机溶齐IK ニ氯苯、氯苯、甲苯等)中，磁力搅拌72 90小时,配置成均勻的浓度为10 20mg/mL的混合溶液；然后将混合溶液旋涂在具有半透明底电极的石英玻璃上，旋涂速度为500 1500rpm,得到50 IOOnm厚的有源层薄膜；最后对有源层薄膜进行退火，退火温度为140°C~ 160°C，退火时间为0. 3 0. 5小时；3.最后通过真空蒸发的方法在有源层薄膜上制备顶电扱在多源有机气相分子沉积系统中，在有源层薄膜上蒸镀厚度为0. 8 I. 2nm的LiF，在LiF上再蒸镀厚度为80 120nm的Al,构成LiF/Al复合顶电极,从而制备完成本发明所述的ー种基于微腔结构(ITO-Free)的聚合物太阳能电池。本发明所制备得到的WO3薄膜非常均匀致密，与玻璃表面接触良好，可以减少太阳能电池的串联电阻。WO3是ー种有机P型半导体材料，可以有效地传导激子(光照下有源层中产生)分离后的空穴。ITO-Free有微腔结构器件和ITO无微腔结构器件的短路电流、开路电压、填充因子和能量转换效率的比较详见表I。表I : ITO-Free有微腔结构的器件与ITO无微腔结构的器件在lOOmW/cm2和AM(大气质量)为I. 5G的环境下的特征參数比较
权利要求
1.一种基于微腔结构的聚合物太阳能电池，其特征在于该太阳能电池以石英玻璃为衬底，以在石英玻璃上蒸镀的W03/Ag/W03膜为底电极，以聚合物材料为有源层，以LiF/Al复合层为顶电极，Ag和Al电极之间形成金属微腔结构。
2.如权利要求I所述ー种基于微腔结构的聚合物太阳能电池，其特征在于有源层为P3HT与PCBM按照I :0. 8 I的质量比混合。
3.如权利要求2所述ー种基于微腔结构的聚合物太阳能电池，其特征在于有源层的厚度为50 lOOnm。
4.权利要求3所述的ー种基于微腔结构的聚合物太阳能电池的制备方法，其步骤如下 1)在清洁的石英玻璃衬底上依次蒸镀30 50nm厚的W03、10 20nm厚的Ag和15 30nm厚的WO3作为半透明底电极,蒸发速度为0. 2 0. 5nm/s ； 2)将给体材料P3HT与受体材料PCBM按照I:0. 8 I的质量比进行混合，然后加入有机溶剂中，磁力搅拌72 90小时,配置成均勻的浓度为10 20mg/mL的混合溶液；然后将混合溶液旋涂在具有半透明底电极的石英玻璃上，旋涂速度为500 1500rpm，得到50 IOOnm厚的有源层薄膜；最后对有源层薄膜进行退火，退火温度为140°C 160°C，退火时间为0. 3 0. 5小时； 3)在有源层薄膜上蒸镀厚度为0.8 I. 2nm的LiF，在LiF上再蒸镀厚度为80 120nm的Al，构成LiF/Al复合顶电极，从而制备得到基于微腔结构的聚合物太阳能电池。
5.如权利要求4所述的ー种基于微腔结构的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于有机溶剂为ニ氯苯、氯苯或甲苯。
全文摘要
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于微腔结构的聚合物太阳能电池及其制备方法。该太阳能电池以石英玻璃为衬底，以WO3/Ag/WO3膜为底电极，以聚合物材料为有源层，以LiF/Al复合层为顶电极，Ag和Al电极之间形成金属微腔结构。首先在玻璃衬底上依次生长均匀致密的WO3、Ag、WO3薄膜，然后旋涂上一层二氯苯等溶解的P3HTPCBM溶液，退火，最后利用真空蒸镀技术依次生长LiF、Al。利用本方法制备的微腔结构聚合物太阳能电池，解决了传统聚合物太阳能电池吸收范围窄、光子率利用率低的问题。微腔结构通过金属Ag和Al的共振效应提高光子吸收，从而有效地提高了太阳能电池的能量转换效率。
文档编号H01L51/48GK102832346SQ20121031923
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者沈亮, 阮圣平, 刘彩霞, 于文娟, 郭文滨, 董玮, 张歆东, 陈维友, 陆斌武 申请人:吉林大学, 无锡海达安全玻璃有限公司