肖特基结的倒型的有机小分子薄膜太阳能电池及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于有机太阳能电池领域，具体涉及一种肖特基结的倒型的有机小分子薄 膜太阳能电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 自从进入了 21世纪之后，由于全球对能源的需求逐年增加，对可再生能源的有效 利用成已经为亟待解决的问题。太阳能占地球总能量的99%以上，其具有取之无尽，用之无 竭，没有污染的特点，世界上的能源供应基本上只能维持在微弱的供需平衡里。除开这些能 源储量的问题之外，使用这些能源所带来的环境污染同样威胁到了人类的生存。C02等温 室气体会使全球气候变暖，S02等粉尘会产生酸雨，都会影响到人们的健康。资源渐渐在枯 竭，生态持续恶化，人们生存面临着严峻的挑战。所以，寻找出一种清洁、安全、可持续发展 的新能源成为了当务之急，太阳能正式这种理想能源。无机太阳能电池的技术较为成熟，效 率远高于有机太阳能电池。多晶硅太阳能电池平均转换效率达到19. 15%，最高转换效率达 到19. 4%，但是缺点也很明显，无机半导体材料的加工工艺非常复杂、材料要求苛刻且价格 贵、制造能耗大、不易进行大面积柔性加工、生产设备昂贵、某些材料具有毒性。目前，有机 太阳能电池因为其低成本、轻质量、简便的制造工艺、广泛的材料来源具备潜在的商业价值 及应用价值，受到了公司、研宄机构、及大学的青睐。
[0003] 但是尽管有机太阳能电池近年来发展迅速，光电转换效率也已经突破了 12%，但其 相比于无机太阳能电池，较低的光电转换效率仍然是主要的缺陷，也是防止其商业化的一 大阻碍。传统上提高小分子太阳能电池的转换效率的是通过构建体异质结来提高分离和收 集效率。
[0004] 然而体异质结在蒸镀方面容易不均匀的掺杂，形成浓度高低不同的情况，影响器 件的性能，也未提高激子的传输距离。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的问题是：如何提供一种肖特基结的倒型的有机小分子薄膜太阳 能电池，提高激子传输长度和分离效率。
[0006] 本发明所提出的技术问题是这样解决的： 一种肖特基结的倒型的有机小分子薄膜太阳能电池及其制备方法，采用倒型结构，从 下到上依次为透明衬底、透明阴极电极、受体层、给体层、阳极修饰层和阳极电极，受体层为 富勒烯衍生物、BBL、PTPTB或含芘酰亚胺聚合物中的一种或它们的混合，給体层为ZnPc或 SubPc中的一种。
[0007] 进一步地，本发明中，给体材料是：ZnPc〇
[0008] 进一步地，本发明中，给体层厚度为10-25nm。
[0009] 进一步地，本发明中，受体层为C6tl， 进一步地，本发明中，受体层厚度为30nm。
[0010] 进一步地，本发明中，所述阳极修饰层为有机导电聚合物薄膜或金属氧化物薄膜， 其中有机导电聚合物薄膜为PEDOT:PSS或PANI类有机导电聚合物薄膜，金属氧化物薄膜 为氧化钼薄膜或氧化镍薄膜，优选采用M〇03。
[0011] 进一步地，本发明中，透明衬底是玻璃或者柔性基片或者金属片；透明阳极电极是 金属氧化物薄膜；阴极电极是锂、镁、钙、锶、铝或铟中的一种或由它们的合金。本发明中优 选采用Ag作为阴极电极。
[0012] 一种肖特基结的倒型的有机小分子薄膜太阳能电池的制备方法，它包括以下步 骤： 1) 清洗由透明衬底及透明阳极电极ITO所组成的基板，然后用氮气吹干； 2) 在ITO上制备一层受体层； 3) 在受体层上制备给体层； 4) 在給体体层上制备阳极修饰层； 5) 在阳极修饰层上制备阳极电极。
[0013] 1)在电子缓冲层上制备阴极电极。
[0014] 进一步地，透明阴极电极，阳极修饰层和阴极电极通过真空热蒸镀、磁控溅射、等 离子体增强的化学气相沉积、丝网印刷或打印中的一种方法制备；给体层，受体层和通过等 离子体增强的化学气相沉积、热氧化、旋涂、真空蒸镀、滴膜、压印、印刷或气喷中的一种方 法制备。
[0015] 本发明中通过C6tl和ITO之间形成肖特基结增加激子的分离效率，改变給体材料和 MoO3的界面性质，从正型结构中的激子淬灭界面转变成激子阻挡和反弹界面，提高了激子 的利用效率，同时提高給体的激子传输距离，获得高的短路电流。
[0016] 与现有技术相比：本发明具有以下优点： 1. 简化了结构和制做工艺； 2. 提高了激子的传输距离； 3. 减少了激子的淬灭效果； 4. 增加了激子分离效率。
【附图说明】
[0017] 图1所示系本发明一种肖特基结的倒型的有机小分子薄膜太阳能电池的结构示 意图； 图2所示系本发明一种肖特基结的倒型的有机小分子薄膜太阳能电池的C6tZITO的J-V特性曲线； 图3所示系本发明一种肖特基结的倒型的有机小分子薄膜太阳能电池的外量子效率 图和传统正型结构的外量子效率； 图4所示系本发明一种肖特基结的倒型的有机小分子薄膜太阳能电池的J-V特性曲 线； 表1所示系本发明一种肖特基结的倒型的有机小分子薄膜太阳能电池的J-V数据和 传统正型结构的J-V数据。
【具体实施方式】
[0018] 本发明的一种基于双层混合活性层的有机薄膜太阳能电池，如图1所示，器件结 构包括透明衬底1，透明阴极电极2，受体层3，給体层4，阳极修饰层5，阳极电极6，。
[0019]本发明中的透明衬底1是整个器件的支撑，并且至少在可见光频率范围内有高的 透过率，具有一定防水汽和氧气渗透的作用，表面的平整度较高，它可以是玻璃、柔性基片、 金属片或金属箔片。
[0020] 本发明中的透明阴极电极2的材料是无机金属氧化物（如氧化铟锡IT0,氧化锌 ZnO等）。材料要求至少在可见光频率范围内有高的透过率，材料的导电性高，且有较低的 功函数。
[0021] 本发明中的受体层3为有机材料ZnPc。
[0022] 本发明中的給体层4为C6tl。
[0023] 本发明中的阳极修饰层5为金属氧化物MoO3 本发明中的阳极电极6可以是锂、镁、钙、锶、铝、铟或它们组合形成的合金。材料要求 有良好的导电性，材料的功函数要高。
[0024] 本发明中的透明阴极电极2、阳极修饰层5和阳极电极6可以采用真空热蒸镀、磁 控溅射、等离子体增强的化学气相沉积、丝网印刷或打印中的一种方法制备。
[0025] 本发明中的受体层3和给体层4可以采用离子体增强的化学气相沉积、热氧化、真 空蒸镀、旋涂、滴膜、压印、印刷或气喷中的一种方法制备。
[0026] 下面是本发明的具体实施例： 实施例1 : 器件结构如图1所示。器件各层的材料和厚度为：透明衬底为玻璃，透明阴极电极为IT0,厚度为180nm;受体层为C6tl，厚度为34nm;給体层为ZnPc，厚度10nm;阳极修饰层为 MoO3，厚度为20nm;阳极电极为Ag，厚度为130nm〇 [0027]其制备方法如下： ① 溅射好透明阳极电极ITO的玻璃衬底使用洗涤剂、丙酮溶液、去离子水和乙醇溶液 超声清洗，清洗后用干燥氮气吹干； ② 将上述透明阳极电极ITO基片移入真空室，在25Pa的气压、氧气和氩气的环境下对 透明阳极电极ITO玻璃进行等离子处理5分钟，溅射功率为20W，之后冷却15分钟。
[0028] ③将上述处理后的基片置于真空度大于IXKT5Pa的有机腔蒸发室中，开始进行 有机薄膜的蒸镀。蒸镀C6tl，蒸镀速率为0.lnm/s，厚度为34nm，蒸镀速率及厚度由安装在基 片附近的晶振膜厚仪监控。
[0029] ④将上述处理后的基片置于真空度大于IXKT5Pa的有机腔蒸发室中，开始进行 有机薄膜的蒸镀。蒸镀ZnPc，蒸镀速率为0.lnm/s，厚度为10nm，蒸镀速率及厚度由安装在 基片附近的晶振膜厚仪监控。
[0030] ⑤将上述处理后的基片置于真空度大于3XKT4Pa的金属腔蒸发室中，开始进行 金属