一种有机太阳能电池的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种有机太阳能电池，包括依次叠加的柔性基底、粘性树脂层、阴电极、电子传输层、有机光敏活性层、空穴传输层和顶电极层；所述阴电极为厚度为1-10nm的石墨烯层；所述电池的顶电极层的功函数高于阴电极的功函数。本实用新型以聚合物柔性基底作为衬底，将大尺寸高质量的石墨烯转移到柔性聚合物上，将石墨烯层作为透明导电阴极材料，Au等作为高功函数的阳极材料，充分利用石墨烯电子迁移率极高、光透过性极好和厚度超薄等特性。在满足柔性光伏电池器件的条件下，大幅提高有机光伏电池器件的光电转化效率、器件稳定性和器件的使用寿命等。
【专利说明】—种有机太阳能电池
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种太阳能电池，特别涉及一种有机太阳能电池。
【背景技术】
[0002]有机聚合物太阳能电池器件是一种将太阳能转变为电能的光伏器件。聚合物太阳能电池的基本工作原理:基于半导体的异质结(P-N结)，或者金属/半导体界面附近产生的光生伏特效应(Photovoltaic Effect),所以这一类的太阳能电池又被称为有机异质结太阳能电池光伏电池。对于聚合物光伏电池而言，其核心部分是光敏活化层，它一般是由带电子给体的P型化合物⑶和带电子受体的η型化合物㈧组成。A和D都必须为有机η-共轭材料，其中一个(或两者)为聚合物材料。通常，其光敏活性层位于两个电极板之间。有机光伏电池器件最基本的结构为依次排列的低功函金属阴电极、阴极修饰层、光敏活性层、阳极修饰层和ITO阳极层，层与层之间是相互叠加而成。光敏活性层一般是由共轭聚合物Ρ3ΗΤ为电子给体(D)材料和以PCBM为电子受体(A)材料组成的共混有机膜，将其作为聚合物太阳能电池的光敏活性层。一般地，将光敏活性层夹在ITO导电透光电极(作为阳极)和Al等金属电极(作为阴极)之间，来共同组成本体异质结光伏器件。通常需要在正极上旋涂一层透明导电聚合物PEDOT:PSS，作为空穴传输层，其厚度可为30?60nm。而光敏活性层的厚度一般为100?200nm，作为阳极材料应该具有高的功函数，而作为阴极材料(通常为金属电极或金属氧化物)应该采用低的功函数。
[0003]但是传统的有机异质结太阳能电池，如IT0/Ti0x/P3HT: PCBM/PEDOT: PSS/Au，其器件的光电转化效率不高、稳定性较差，在空气中的储存寿命不长，而且采用ITO导电玻璃的如ITO/LWF metal/P3HT:PCBM/M03/Au，则无法同时兼具柔性等特性。
[0004]石墨烯是Sp2杂化碳原子形成的单层原子排列的六角蜂窝状平面体。它是由一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子构成，也是世界上最薄的二维材料，其厚度仅为0.35nm。但其导热系数却高达5300W/m -K,比碳纳米管和金刚石都高，常温下其电子迁移率达到200，OOOcmVV.S，超过碳纳米管，而电阻率只有约10_6Ω.cm，是目前世上电阻率最小的材料。由于它的电阻率极低，电子迁移的速度极快，适合用来制造透明触控屏幕、透明导电电极、光伏电池器件甚至是工作频率远高于硅的晶体管或电子元件。
[0005]目前石墨烯转移到目标衬底上的材料大多都是硬质材料，例如玻璃衬底、硅衬底或石英衬底等。都无法达到可弯曲、可折叠的效果，从而无法实现解决柔性电池器件的问题。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的是解决前述现有技术存在的问题，提供一种光电转化效率高、器件稳定性好的柔性有机太阳能电池。
[0007]实现本实用新型目的的技术方案是一种有机太阳能电池，包括依次叠加的柔性基底、粘性树脂层、阴电极、有机光敏活性层和顶电极层；所述阴电极为石墨烯层；所述顶电极层的功函数高于阴电极的功函数。
[0008]有机太阳能电池还包括设置在有机光敏活性层和阴电极之间的电子传输层，以及设置在顶电极层和有机光敏活性层之间的空穴传输层。
[0009]所述阴电极的厚度为10_200nm。
[0010]所述柔性基底的厚度为10-800 μ m。
[0011]所述粘性树脂层的厚度为1-100 μ m。
[0012]所述电子传输层的厚度为100_600nm。
[0013]所述空穴传输层的厚度为100_400nm。
[0014]所述顶电极层的厚度为50_800nm。
[0015]所述顶电极层为功函数为5.1eV的Au或者功函数为5.12eV的Pd或者功函数为5.65eV 的 Pt。
[0016]采用了上述技术方案，本实用新型具有以下的有益效果:
[0017](I)本实用新型以聚合物柔性基底作为衬底，将大尺寸高质量的石墨烯转移到柔性聚合物上，将石墨烯层是作为透明导电阴极材料，Au电极作为功函数高的阳极材料，充分利用石墨烯电子迁移率高、光透过率高和导电率极好的特性，在满足柔性光伏电池器件的条件下，大幅提高有机光伏电池器件的光电转化效率、器件稳定性以及器件的使用寿命等。
[0018](2)本实用新型经过反复实验，其采用的各层的厚度能取得最佳的效果。
[0019](3)本实用新型充分利用石墨烯的优良特性，在常温下石墨烯的电子迁移率超过15000cm2/V.s，其只吸收2.3%的光，几乎是完全透明的。
[0020](4)本实用新型的电池器件的整体厚度范围在20-1000μπι，达到了一个全新的高度。
[0021](5)本实用新型技术方案中，电池器件的光电转化效率可以达到一个高度，其效率范围在2-8%。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
[0023]图1为本实用新型的结构示意图。
[0024]附图中标号为:顶电极层1、空穴传输层2、有机光敏活性层3、电子传输层4、阴电极5、粘性树脂层6、聚合物柔性基底7。
【具体实施方式】
[0025](实施例1)
[0026]见图1，本实施例的一种有机异质结太阳能电池，包括依次叠加的聚合物柔性基底7、粘性树脂层6、阴电极5、电子传输层4、有机光敏活性层3、空穴传输层2和顶电极层I ;阴电极5为厚度为10-200nm石墨烯层；顶电极层I的功函数高于阴电极5的功函数。
[0027]聚合物柔性基底7的材料包括有塑料薄膜、PC (聚碳酸酯)、PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)、硅胶板、PET (聚对苯二甲酸乙二醇脂)或PP (聚丙烯)。聚合物柔性基底7的厚度为 10-800 μ m。
[0028]粘性树脂层6所使用的聚合物可以是以下聚合物的一种、两种或者多种共混物:丙烯酸酯类树脂、酚醛树脂、聚氨酯丙烯酸树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、呋喃树脂、有机硅树脂及其改性树脂等聚合物。粘性树脂层6的厚度为1-100 μ m。
[0029]石墨烯层的制备方法可以为微机械剥离法、液相超声剥离法、SiC外延生长法、化学气相沉积法(CVD)、化学氧化还原法、电弧放电法和“自下而上”有机合成法等。石墨烯层的厚度为10-200nm。
[0030]电子传输层4的材料为纳米ZnO、LiF或者Ti02，材料的制备方法有化学氧化法、微机械研磨法、磁控溅射法或真空蒸渡法。电子传输层4的厚度为100-600nm。
[0031 ] 有机光敏活性层3的材料为HT-P3AT: PCBM或者HT-P3AT/石墨烯粉体:PCBM，其中P3AT [Poly (3-alkylth1phene)]是属于本征型导电聚噻吩衍生物，因其具有较高的空穴迁移率10-4-10-2cm2*v-l*s-l和较小的禁带宽度而成为有机太阳能电池中最常用的给体材料之一。而PCBM是一个富勒烯衍生物,分子式是[6，6]-phenyl-C61_butyric acid methylester。由于它的较好的溶解性，很高的电子迁移率，与常见的聚合物给体材料P3HT能够形成良好的相分离，已成为有机太阳能电池的电子受体的标准物。
[0032]空穴传输层2的材料为PEDOT:PSS、N1或者Mo03，PEDOT: PSS它是一种高分子聚合物的水溶液，导电率很高，根据不同的配方，可以得到导电率不同的水溶液。该产品是由PEDOT和PSS两种物质构成。PEDOT是EDOT (3，4-乙撑二氧噻吩单体)的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸盐，这两种物质在一起极大的提高了 PEDOT的溶解性。空穴传输层2的厚度为100_400nmo
[0033]顶电极层I的电极材料为Au，所用方法可以为磁控溅射法、真空蒸渡法或化学氧化还原法等，其功函数为5.leV，厚度为50-800nm。当然也可以是功函数为5.12eV的Pd或者功函数为5.65eV的Pt。
[0034]以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种有机太阳能电池，其特征在于:包括依次叠加的柔性基底(7)、粘性树脂层(6)、阴电极(5)、有机光敏活性层(3)和顶电极层(I);所述阴电极(5)为石墨烯层；所述顶电极层(I)的功函数高于阴电极(5)的功函数。
2.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其特征在于，还包括设置在有机光敏活性层(3)和阴电极(5)之间的电子传输层(4)，以及设置在顶电极层(I)和有机光敏活性层(3)之间的空穴传输层(2)。
3.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其特征在于:所述阴电极(5)的厚度为10_200nm。
4.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其特征在于:所述柔性基底(J)的厚度为10-800 μm。
5.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其特征在于:所述粘性树脂层￠)的厚度为 1-100 μ m。
6.根据权利要求2所述的有机太阳能电池，其特征在于:所述电子传输层(4)的厚度为 100-600nm。
7.根据权利要求2所述的有机太阳能电池，其特征在于:所述空穴传输层(2)的厚度为 100-400nm。
8.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其特征在于:所述顶电极层(I)的厚度为50_800nm。
9.根据权利要求8所述的有机太阳能电池，其特征在于:所述顶电极层(I)为功函数为5.1eV的Au或者功函数为5.12eV的Pd或者功函数为5.65eV的Pt。
【文档编号】H01L51/48GK204118136SQ201420461028
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2014年8月14日
【发明者】金虎, 彭鹏, 娄晓静, 武文鑫 申请人:常州二维碳素科技有限公司