一种彩色半透明有机太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种彩色半透明有机太阳能电池及其制备方法，所述彩色半透明有机太阳能电池包括依次层叠的金属底电极、电子传输层、活性层与金属顶电极；所述金属底电极与金属顶电极之间形成微腔结构。本发明专利技术所述彩色半透明有机太阳能电池在反光时可实现黄、青、蓝、紫与橙的反光色度且具有半透明的外观，符合大众审美，可用于装饰建筑；同时，所述彩色半透明有机太阳能电池的成本低廉且在弱干涉情况下具有与ITO太阳能电池相近的电流密度。与ITO太阳能电池相近的电流密度。与ITO太阳能电池相近的电流密度。

【技术实现步骤摘要】
一种彩色半透明有机太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于有机太阳能电池
，尤其涉及一种彩色半透明有机太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]为了应对能源危机，太阳能电池领域发展迅速。其中有机太阳能电池由于具有可溶液加工、可印刷制备大面积器件、成本低、质量轻与光吸收层带隙易于调控等优点受到了广泛关注。构成有机太阳能电池的各部件对其工作过程有显著的影响。由于具备较高的电导率，金属材料一直被用作制备有机太阳能电池的反光电极。透明电极一侧，由于需要其在可见光区良好地透过率和较高的电导率，领域内应用最广泛的是掺杂态的氧化铟锡(ITO)，然而ITO造价昂贵且材料稀少。与Si等传统太阳能电池相比，有机太阳能电池活性层的消光系数适宜，具备巨大的应用潜力，在未来可替代高层建筑玻璃用来实现建筑绿色发电概念。现在已有调控器件色度的技术通常是基于ITO的传统器件结构加上额外的光耦合结构(布拉格光栅，介电反射镜，微腔电极等)，然而这些结构很难同时兼顾器件的透光色度和反光色度，并且多层结构也导致复杂的工艺，难以实际应用。
[0003]CN108321221A公开了一种具有微腔结构的石墨烯太阳能电池，包括n型单晶硅，所述n型单晶硅的一面设置二氧化硅层，所述二氧化硅层是具有通孔的环状结构，所述二氧化硅层的表面和由二氧化硅层通孔暴露的n型单晶硅表面设置第一石墨烯薄膜层，在位于所述二氧化硅层通孔的区域的第一石墨烯薄膜层表面设置氮化硅薄膜，所述氮化硅薄膜表面设置第二石墨烯薄膜层，在位于所述二氧化硅层通孔的四周区域的第一石墨烯薄膜层表面设置前电极，所述n型单晶硅的另一面设置金属薄膜背电极。但是该具有微腔结构的石墨烯太阳能电池的消光系数较大。
[0004]CN111929755A公开了一种光子晶体复合结构及半透明有机太阳能电池。该光子晶体复合结构包括：第一光子晶体、第二光子晶体和微腔结构；第二光子晶体的下表面设置在第一光子晶体的上表面，微腔结构的下表面设置在第二光子晶体的上表面；第一光子晶体的材料与第二光子晶体的材料相同，第一光子晶体的材料的厚度与第二光子晶体的材料的厚度不同，第一光子晶体的中心波长与第二光子晶体的中心波长互补；第一光子晶体和第二光子晶体均用于反射光子；微腔结构的材料与第一光子晶体的材料不同，微腔结构的材料具有复折射率；微腔结构用于实现光的相长干涉。但是该光子晶体复合结构及半透明有机太阳能电池的结构复杂，制备成本较高。
[0005]CN104241428A公开了一种二维硅基微纳光子晶体太阳能电池，前接触层的下侧面上设有周期性排列的前电极；前电极和背电极之间设有二维硅基微纳光子晶体太阳能电池结构，二维硅基微纳光子晶体太阳能电池结构的上层为n型硅半导体层，下层为p型硅半导体层，n型硅半导体层和p型硅半导体层形成PN结；背电极的底部设有背接触层，背接触层的材料与前接触层的材料相同；铝薄层结构的背电极设置在p型硅半导体层的慢光区域或禁带区域。但是，该二维硅基微纳光子晶体太阳能电池的透光色度和反光色度较差，无法实现
透射光色彩的多样性。
[0006]目前公开的有机太阳能电池极其制备方法都有一定的缺陷，存在着透光色度较差、反光色度较差、造价昂贵、消光系数较高、透明度差且制备工艺复杂的问题。因此，开发一种新型的彩色半透明有机太阳能电池及其制备方法至关重要。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种彩色半透明有机太阳能电池及其制备方法，本专利技术所述彩色半透明有机太阳能电池在反光时可实现黄、青、蓝、紫或橙的反光色度且具有半透明的外观，符合大众审美，可用于装饰建筑；同时，所述彩色半透明有机太阳能电池的成本低廉且在弱干涉情况下具有与ITO太阳能电池相近的电流密度。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种彩色半透明有机太阳能电池，所述彩色半透明有机太阳能电池包括依次层叠的金属底电极、电子传输层、活性层与金属顶电极；
[0010]所述金属底电极与金属顶电极之间形成微腔结构。
[0011]本专利技术所述金属顶电极与金属底电极可根据实际需要进行合理的筛选，所述金属顶电极与金属底电极具有反光的特性，所述金属顶电极与金属底电极构成的微腔结构用于加强特定波长的光场分布，通过调控金属顶电极与金属底电极的间距来控制共振波长，进而调控光场分布。
[0012]本专利技术所述金属底电极与金属顶电极之间形成微腔结构，所述彩色半透明有机太阳能电池可实现黄、青、蓝、紫或橙的反光色度，所述彩色半透明有机太阳能电池具有半透明的外观，符合大众审美，可用于装饰建筑；同时，所述彩色半透明有机太阳能电池的成本低廉且在弱干涉情况下具有与ITO太阳能电池相近的电流密度。
[0013]优选地，所述金属底电极的厚度为4～100nm，例如可以是4nm、6nm、8nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为5～18nm。
[0014]优选地，所述金属顶电极的厚度为4～100nm，例如可以是4nm、6nm、8nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为11～20nm。
[0015]优选地，所述电子传输层的厚度为3
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8nm，例如可以是3nm、3.5nm、4nm、4.5nm、5nm、5.5nm、6nm、6.5nm、7nm、7.5nm或8nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0016]优选地，所述活性层的厚度为50～200nm，例如可以是50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm或200nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为100～130nm；当活性层的厚度偏低时，会导致短路电流密度下降、开路电压下降、与透明度增大，这是由于活性层吸光减弱，同时共振波长蓝移至最优吸收波长之外，导致活性层中光场较弱，较弱的光强会同时降低短路电流和开路电压，较弱的活性层导致更大的平均透光率；当活性层的厚度过高时，会导致短路电流密度下降、开路电压下降、与透明度降低，这是由于活性层过厚会导致额外的载流子复合，同时共振波长过于红移，不利率产生激子。
[0017]优选地，所述彩色半透明有机太阳能电池还包括衬底，所述衬底与金属底电极相连。
[0018]优选地，所述金属底电极包括依次层叠的光耦合层、第一晶种层与第一金属薄膜；所述光耦合层与衬底相连，所述第一金属薄膜与电子传输层相连。
[0019]优选地，所述光耦合层的厚度为2～10nm，例如可以是2nm、3nm、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种彩色半透明有机太阳能电池，其特征在于，所述彩色半透明有机太阳能电池包括依次层叠的金属底电极、电子传输层、活性层与金属顶电极；所述金属底电极与金属顶电极之间形成微腔结构。2.根据权利要求1所述的彩色半透明有机太阳能电池，其特征在于，所述金属底电极的厚度为4～100nm，优选为5～18nm；优选地，所述金属顶电极的厚度为4～100nm，优选为11～20nm；优选地，所述电子传输层的厚度为3
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8nm；优选地，所述活性层的厚度为50～200nm，优选为100～130nm。3.根据权利要求1或2所述的彩色半透明有机太阳能电池，其特征在于，所述彩色半透明有机太阳能电池还包括衬底，所述衬底与金属底电极相连；优选地，所述金属底电极包括依次层叠的光耦合层、第一晶种层与第一金属薄膜；所述光耦合层与衬底相连，所述第一金属薄膜与电子传输层相连；优选地，所述光耦合层的厚度为2～10nm；优选地，所述第一晶种层的厚度为0.5～2nm；优选地，所述第一金属薄膜的厚度为4～30nm。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的彩色半透明有机太阳能电池，其特征在于，所述金属顶电极包括依次层叠的空穴传输层、第二晶种层与第二金属薄膜，所述空穴传输层与活性层相连；优选地，所述空穴传输层的厚度为2～10nm；优选地，所述第二晶种层的厚度为0.5～2nm；优选地，所述第二金属薄膜的厚度为4～30nm。5.一种如权利要求1
‑
4任一项所述彩色半透明有机太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)第一蒸镀，得到金属底电极；(2)在步骤(1)所得金属底电极上第一涂覆电子传输材料溶液，得到电子传输层；(3)在步骤(2)所得电子传输层上第二涂覆活性材料溶液，得到活性层；(4)在步骤(3)所得活性层上进行第二蒸镀，得到所述彩色半透明有机太阳能电池。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述第一蒸镀包括：在衬底上依次蒸镀第一金属氧化物、第一金属与第二金属；优选地，所述第一金属氧化物的蒸镀速率为优选地，所述第一金属的蒸镀速率为优选地，所述第二金属的蒸镀速率为优选地，步骤(4)所述第二蒸镀包括在活性层上依次蒸镀第二金属氧化物、第三金属与第四金属；优选地，所述第二金属氧化物的蒸镀速率为优选地，所述第三金属的蒸镀速率为优选地，所述第四金属的蒸镀速率为优选地，步骤(4)所述第二蒸镀包括在步骤(3)所得活性层表面10％～70％面积的区域
上覆盖掩膜。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述衬底的材质包括玻璃、单...

【专利技术属性】
技术研发人员：周惠琼，肖林格，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
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