一种应用金属纳米粒子的光伏电池结构制造技术

本发明专利技术涉及一种应用金属纳米粒子的光伏电池结构，包括从下到上依次布置的阳极层、空穴提取层、活性层、电子提取层及阴极层，还包括金属纳米粒子，所述金属纳米粒子位于所述阳极与空穴提取层之间的界面处、空穴提取层内、空穴提取层与活性层之间的界面处、活性层内或活性层与电子提取层之间的界面处。本发明专利技术将不同形状的金属纳米粒子引入光伏电池，利用表面等离子体共振促进活性层吸收，有效提高了对太阳光的利用率，实现光伏电池性能的大幅度提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了一种应用金属纳米粒子的光伏电池结构，属于太阳能电池领域。
技术介绍
21世纪，化石能源的不断衰竭和造成的全球性污染问题迫使人类不断寻找和开发新能源和可再生清洁能源。在众多新型能源中，太阳能清洁、能量无限大、受地域影响相对较小等优势非常明显。光电转换是太阳能利用的主要方式，主要表现形式为太阳电池。衡量有机太阳能电池性能优劣的最主要因素就是光电转换效率。现有的一些改进手段如设计宽吸收窄带隙给体材料、优化电池结构、电极界面修饰等方法固然有效，但由于窄带隙材料吸收系数低、给受体能级不匹配造成的激子解离难、多膜层制备困难等一系列问题制约了有机太阳能电池效率提升的空间。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提出一种新型的太阳能电池结构，该种结构的太阳能电池能够大幅度提升太阳能电池的光电转换效率。为了实现上述技术目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种应用金属纳米粒子的光伏电池结构，包括从下到上依次布置的阳极层、空穴提取层、活性层、电子提取层及阴极层，还包括金属纳米粒子，所述金属纳米粒子位于所述阳极与空穴提取层之间的界面处、空穴提取层内、空穴提取层与活性层之间的界面处、活性层内或活性层与电子提取层之间的界面处。所述金属纳米粒子的形状为球形、棒形、立方体形、八面体、四面体或三角盘形中任意一种。所述阳极层与空穴提取层之间的界面处、空穴提取层内、空穴提取层与活性层之间的界面处、活性层内或活性层与电子提取层之间的界面处设中的任意一处设有一种或多种上述形状的金属纳米粒子。所述空穴提取层与活性层之间界面处、活性层内或活性层与电子提取层之间界面处中任意一处的金属纳米粒子包裹有电介质壳层。所述电介质层为无机材料层或有机材料层。所述阳极层采用表面镀有ITO的玻璃基底层。所述阴极层为不透明金属电极层。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术一种应用金属纳米粒子的光伏电池结构，将具有等离子体效应的各种形貌纳米粒子引入光伏电池，有效提高对太阳光的利用率，实现光伏电池性能的大幅度提高。2、本专利技术通过计算各种形貌金、银纳米颗粒的散射与吸收，以及引入纳米颗粒对于光伏电池内部局域场增强的幅度，确定了纳米棒对宽光谱范围的局域场均有较大的增强、跨越波段最宽、且增强幅度显著；立方状纳米粒子的共振波段位于活性层主要吸收区域、局域场增强幅度最显著。附图说明图1为有机太阳电池(OPV)结构示意图；其中，1、玻璃基底；2、氧化铟锡阳极层（ITO）；3、空穴提取层；4、活性层；5、电子提取层；6、阴极层；图2为各种形状的Au或Ag纳米粒子的吸收；图3为各种形状的Au或Ag纳米粒子的散射；图4为波长700nm处各种形状的Au或Ag纳米粒子产生的局域场分布；图5为波长600nm处各种形状的Au或Ag纳米粒子产生的局域场分布；图6为波长500nm处各种形状的Au或Ag纳米粒子产生的局域场分布；图7为波长400nm处各种形状的Au或Ag纳米粒子产生的局域场分布；图8为三角盘形结构的Ag纳米粒子（边长30nm，厚度10nm）在其共振波长400nm处垂直膜层方向上产生的最强局域场；图9为立方体形结构的Au纳米粒子（边长28nm）在其共振波长600nm处垂直膜层方向上产生的最强局域场；图10为球形结构的Au纳米粒子（直径36nm）在其共振波长563nm处垂直膜层方向上产生的最强局域场；图11为棒形结构的Au纳米粒子（长/短轴39/23nm）在其共振波长600nm处垂直膜层方向上产生的最强局域场；图12为八面体形的Au纳米粒子（对角线36nm）在其共振波长600nm处垂直膜层方向上产生的最强局域场；图13为折角的八面体形Au纳米粒子（对角线36nm）在其共振波长600nm处垂直膜层方向上产生的最强局域场；图14为四面体形的Au纳米粒子（边长36nm）在其共振波长654nm处垂直膜层方向上产生的最强局域场。具体实施方式下面，为了更加清楚的理解本专利技术的技术方案，结合说明书附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1一种应用金属纳米粒子的光伏电池结构，光伏电池结构包括从下到上依次布置的阳极层、空穴提取层、活性层、电子提取层及阴极层，还包括金属纳米粒子，所述金属纳米粒子位于所述阳极与空穴提取层之间的界面处、空穴提取层内、空穴提取层与活性层之间的界面处、活性层内或活性层与电子提取层之间的界面处。作为优选的，所述金属纳米粒子的形状为球形、棒形、立方体形、八面体、四面体或三角盘形中任意一种。作为优选的，位于所述阳极与空穴提取层之间界面处的金属纳米粒子、位于空穴提取层与活性层之间界面处的金属纳米粒子、位于活性层内的金属纳米粒子或位于活性层与电子提取层之间界面处的金属纳米粒子包裹有电介质壳层。作为优选的，所述电介质层为无机材料层或有机材料层。作为优选的，所述阳极层采用表面镀有ITO的玻璃基底层。作为优选的，所述阴极层为不透明金属电极层。为了研究不同形状纳米颗粒对光伏电池吸收的提升，本专利技术以典型的PC71BM：PTB7有机太阳电池为例，将各种形貌金属纳米粒子置于PC71BM：PTB7的邻层——PEDOT：PSS空穴提取层中，进行了一系列表面等离子体OPV中电磁场分布的仿真工作，一方面计算了各种形貌金属纳米粒子对有机活性层散射与吸收的影响，同时也计算了金属纳米粒子引入对于器件内部局域场的增强情况。参考附图2各种形状的Au或Ag纳米粒子的吸收和图3各种形状的Au或Ag纳米粒子的散射以及图8各种形貌的金属纳米粒子在各自共振波长处垂直膜层方向上产生的最强局域场，发现不同形状的金属纳米粒子均引起了不同程度的局域场变化，其共振波段也有所差异。其中，立方体结构的金属纳米粒子在600-700nm波段对于局域场的增强最显著；棒状结构的金属纳米粒子在宽光谱范围（500nm-700nm，可调节长径比进一步拓展共振范围至近红外区）均有较大的增强，跨越波段最宽；球状结构的金属纳米粒子和折角Au八面体金属纳米粒子在500nm有较显著的局域场增强；而盘状结构的Ag纳米粒子在400nm的近紫外波段有较明显的局域场增强。上述几种代表性纳米粒子结构中，以棒状结构的金属纳米粒子和立方体结构的金属纳米粒子增强幅度最显著。图4-7中金属纳米粒子的形状与尺寸如下：三角盘形结构的Ag纳米粒子（Agnanoprism，边长30nm，厚度10nm）、立方体形结构的Au纳米粒子（Aucube，边长28nm）、棒形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用金属纳米粒子的光伏电池结构，包括从下到上依次布置的阳极层、空穴提取层、活性层、电子提取层及阴极层，其特征在于，还包括金属纳米粒子，所述金属纳米粒子位于所述阳极与空穴提取层之间的界面处、空穴提取层内、空穴提取层与活性层之间的界面处、活性层内或活性层与电子提取层之间的界面处。

【技术特征摘要】
1.一种应用金属纳米粒子的光伏电池结构，包括从下到上依次布置的阳极层、空穴提
取层、活性层、电子提取层及阴极层，其特征在于，还包括金属纳米粒子，所述金属纳米粒子
位于所述阳极与空穴提取层之间的界面处、空穴提取层内、空穴提取层与活性层之间的界
面处、活性层内或活性层与电子提取层之间的界面处。
2.根据权利要求1所述的应用金属纳米粒子的光伏电池结构，其特征在于，所述金属纳
米粒子的形状为球形、棒形、立方体形、八面体、四面体或三角盘形中任意一种。
3.根据权利要求2所述的应用金属纳米粒子的光伏电池结构，其特征在于，所述阳极层
与空穴提取层之间的界面处、空穴提取层内、空穴提取层与活性层之间的界面处、活性层内
或活性...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈淑芬，胡文静，张然，黄维，吴青蕾，于书洋，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32