【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及有机光伏电池领域，具体涉及一种集光型有机光伏电池及其制备方法和应用，该集光型有机光伏电池通过光波导的方式进行集光，在低光强的人工照明和散射自然光条件下能够实现高能量转化效率。
技术介绍
1、化石燃料是目前主要的能源来源，化石能源为不可再生资源，存在潜在的能源短缺问题，同时，化石能源在开采过程中会造成土地、水资源的损坏，燃烧时会释放大了的二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等气体污染环境。化石燃料的大量利用导致了严重的能源短缺问题和环境污染问题。
2、开发利用清洁的可再生能源是解决以上问题的重要途经，太阳能作为最清洁可再生能源之一，对解决能源和环境污染问题具有重要意义，目前，晶体硅光伏电池广泛的应用在捕获太阳光实现光电转化。
3、除太阳光外，散射自然光和用于室内照明的人工光源，如led灯、荧光灯、卤素灯、高压汞灯、以及散射自然光等，具有来源广泛，基数较大的特点，捕获人工照明光或散射自然光并转化为电能，用于微电子产品及数码产品充电或电能存储等，可实现与太阳能发电的互补，极大地提高能源利用率，具有巨大的潜在的应用前景，因此，研发适用于人工照明和散射自然光照条件的光伏技术具有重要的应用潜力与价值。
4、但是，由于散射自然光和用于室内照明的人工光源的光谱同太阳光谱差异极大，且光强较低，传统的晶体硅电池使用散射自然光和用于室内照明的人工光源替代太阳光进行光电转换时，能量转化效率较低。相比于传统的晶体硅光伏电池，有机光伏电池具有光谱可调的特点，可实现与人工照明光谱和散射自然光光谱的高度匹配，在其400
5、但是在弱光条件下，有机光伏电池中的缺陷会导致更加严重的陷阱复合，与此同时，光强降低时，空穴和电子的准费米能极差降低，导致电池的电压降低，陷阱复合、电压降低均会极大限制有机光伏电池的光电转化，造成有机光伏电池的开路电压和填充因子大幅下降，不利于其在人工照明与散射自然光条件下的应用，降低光电转化效率。
技术实现思路
1、为改善现有技术的不足，本专利技术提供一种集光型有机光伏电池，通过集光基底散射或者折射的方式集光，增加有机光伏电池所接收的入射光强度，以降低有机光伏电池在弱光条件下较严重的陷阱复合，使有机光伏电池在人工照明和散射自然光条件下以更小的器件面积获得更高的能量转化效率和输出功率。
2、本专利技术提供一种集光型有机光伏电池，包括集光基底和有机光伏电池，所述集光基底包括入射面和出射面，所述入射面和出射面包饶形成密闭结构，所述密闭结构用于提供光散射和折射的空间，所述有机光伏电池设置在出射面，所述出射面为透明结构，所述入射面的面积为出射面面积的n倍，所述n≥10，所述入射面的外部设置有减反膜。
3、其中，所述集光基底的结构可以为密闭的柱状、四面体、五面体或异形结构，例如为圆柱形。
4、根据本专利技术的实施方案，所述出射面设置在集光基底的任意位置，可以在侧面或端部。
5、作为一个实例地，当所述集光基底为圆柱形时，所述出射面设置在圆柱形的侧面或两端。
6、根据本专利技术的实施方案，所述n大于等于15，优选所述n大于等于20，例如为16、17、18、20、25、35、40。
7、根据本专利技术的实施方案，所述减反膜可以减少入射光从入射面反射出，进而使得入射光在集光基底的入射面发生多次折射后最终从出射面射出，进而实现将所有入射的光汇集至出射面，由于入射面的面积远大于出射面，因此，进入出射面的光强度较大。
8、根据本专利技术的实施方案，所述减反膜选自氧化钛、氧化锡、氧化铝、氟化镁、有机小分子材料中的一种或至少两种的组合，优选所述减反膜选自氮化硅与氧化铝叠加构成的增透膜、二氧化硅、二氧化三肽和氟化镁交替形成的增透膜、氧化硅层和氧化锆层交替形成的增透膜或其他本领域常见的增透膜。
9、根据本专利技术的实施方案，所述增透减反膜的厚度为10～600nm，优选所述增透减反膜的厚度为50～500nm。
10、根据本专利技术的实施方案，所述入射面的内壁设置有纳米涂层，所述纳米涂层用于将通过减反膜的入射光射至出射面，所述纳米涂层选用纳米氧化钛、纳米氧化锌、纳米氟化镁、复合c60中的一种或至少两种的组合形成的纳米薄膜，优选为纳米二氧化钛、纳米氟化镁、纳米硫酸钡中的至少一种。
11、根据本专利技术的实施方案，所述纳米涂层的厚度为10～1000nm，优选所述增透减反膜的厚度为20～500nm。
12、根据本专利技术的实施方案，所述集光基底的材质为透明的玻璃、聚合物、石英等。
13、根据本专利技术的实施方案，所述集光基底的入射面对400～800nm的光波具有85％以上的光透过率。
14、本专利技术中减反膜对波长小于400nm和波长大于800nm的光具有良好的反射效果，主要将400～800nm范围的光导入封闭结构的集光基底内部，400～800nm的光波在纳米涂层上发生多次折射，且折射过程中仅仅发生微弱的能量损失，最终所有的折射光均集中在出射面，出射面上的光照度值为入射光的10～10000倍。
15、根据本专利技术的实施方案，所述有机光伏电池包括透明基底和活性界面层，所述透明基底为玻璃基底、柔性基底或直接以集光基底的出射面为基底。
16、根据本专利技术的实施方案，所述活性层包括受体材料和给体材料，所述给体材料选自：聚(对亚苯基亚乙烯)类、聚(亚芳基亚乙烯基)类、聚(对亚苯基)类、聚(亚芳基)类、聚噻吩类、聚喹啉类、叶啉类、卟啉类、酞菁类、寡聚小分子类中的一种或多种；所述受体材料选自小分子受体材料和/或聚合物受体材料。
17、根据本专利技术的实施方案，所述给体材料选自ptb7-th和/或pbdb-tf。
18、根据本专利技术的实施方案，所述受体材料选自pc71bm和/或y6。
19、根据本专利技术的实施方案，所述基底与活性层之间还设置有阳极电极，所述阳极电极为透明电极。
20、根据本专利技术的实施方案，所述活性层与阳极电极相对的一侧还设置有阴极电极。
21、根据本专利技术的实施方案，所述阳极电极、阴极电极选自ito、fto、银纳米线、azo、钙、镁、钡、铝、银、金、铜、镍、锌、钛、锰、铁、铂和钼中的一种、两种或更多种。
22、根据本专利技术的实施方案，所述阳极电极与活性层之间还设置有阳极界面层，优选所述阳极界面层层选自pedot:pss(聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐)、三氧化钼、五氧化二钒和氧化镍中的一种、两种或更多种，例如为pedot:pss。
23、根据本专利技术的实施方案，所述活性层与阴极电极之间还设置有阴极界面层，优选所述阴极界面层选自无机金属化合物、钛配合物、含胺基聚芴类共轭高分子及其衍生物中的一种、两种或更多种，例如为pdinn(c40h46n6o4)。
24、本专利技术还提供一种集光型有机光伏电池的制备方法，包括如下步骤：
25、制备活性层，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种集光型有机光伏电池，包括集光基底和有机光伏电池，其特征在于，所述集光基底包括入射面和出射面，所述入射面和出射面包饶形成密闭结构，所述密闭结构用于提供光折射的空间，所述有机光伏电池设置在出射面，所述出射面为透明结构，所述入射面的面积为出射面面积的N倍，所述N≥10，所述入射面的外部设置有减反膜，所述入射面的内壁设置有纳米涂层。
2.根据权利要求1所述的集光型有机光伏电池，其特征在于，所述集光基底的结构为密闭的柱状、四面体、五面体或异形结构。
3.根据权利要求1所述的集光型有机光伏电池，其特征在于，所述减反膜选自氧化钛、氧化锡、氧化铝、氟化镁、有机小分子材料中的一种或至少两种的组合，优选所述减反膜选自氮化硅与氧化铝叠加构成的增透膜，二氧化硅、二氧化三肽和氟化镁交替形成的增透膜或氧化硅层和氧化锆层交替形成的增透膜。
4.根据权利要求1所述的集光型有机光伏电池，其特征在于，所述纳米涂层用于将通过减反膜的入射光射至出射面，所述纳米涂层选用纳米氧化钛、纳米氧化锌、纳米氟化镁、复合C60中的一种或至少两种的组合形成的纳米薄膜。
5.根据权
6.根据权利要求1-4任一项所述的集光型有机光伏电池，其特征在于，所述有机光伏电池包括透明基底和活性界面层，所述透明基底为玻璃基底、柔性基底或直接以集光基底的出射面为基底。
7.根据权利要求6所述的集光型有机光伏电池，其特征在于，所述透明基底与活性层之间还设置有透明的阳极电极，所述活性层与阳极相对的一侧还设置有阴极电极。
8.根据权利要求7所述的集光型有机光伏电池，其特征在于，所述阳极电极与活性层之间还设置有阳极界面层，所述阳极界面层层选自PEDOT:PSS、三氧化钼、五氧化二钒和氧化镍中的一种、两种或更多种。
9.一种权利要求1-8任一项所述集光型有机光伏电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
10.一种电子产品，其特征在于，所述电子产品包括如权利要求1-8任一项所述的有机光伏电池或权利要求9制备的有机光伏电池。
...【技术特征摘要】
1.一种集光型有机光伏电池，包括集光基底和有机光伏电池，其特征在于，所述集光基底包括入射面和出射面，所述入射面和出射面包饶形成密闭结构，所述密闭结构用于提供光折射的空间，所述有机光伏电池设置在出射面，所述出射面为透明结构，所述入射面的面积为出射面面积的n倍，所述n≥10，所述入射面的外部设置有减反膜，所述入射面的内壁设置有纳米涂层。
2.根据权利要求1所述的集光型有机光伏电池，其特征在于，所述集光基底的结构为密闭的柱状、四面体、五面体或异形结构。
3.根据权利要求1所述的集光型有机光伏电池，其特征在于，所述减反膜选自氧化钛、氧化锡、氧化铝、氟化镁、有机小分子材料中的一种或至少两种的组合，优选所述减反膜选自氮化硅与氧化铝叠加构成的增透膜，二氧化硅、二氧化三肽和氟化镁交替形成的增透膜或氧化硅层和氧化锆层交替形成的增透膜。
4.根据权利要求1所述的集光型有机光伏电池，其特征在于，所述纳米涂层用于将通过减反膜的入射光射至出射面，所述纳米涂层选用纳米氧化钛、纳米氧化锌、纳米氟化镁、复合c60中的一种或至少两种的...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯剑辉，王文璇，崔勇，彭晶，张少青，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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