本发明专利技术属于聚合物太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于高低折射率材料WO3及LiF构成的一维光子晶体作为背反射镜的倒置型半透明聚合物太阳能电池及其制备方法。首先，在导电玻璃衬底上生长一层均匀致密的N型TiO2薄膜，然后旋涂上一层二氯苯溶解的P3HT:PCBM溶液，退火，再依次生长WO3和Ag；最后，在半透明银电极上，再生长[WO3/LiF]N一维光子晶体。本发明专利技术制备的半透明聚合物太阳能电池，解决了传统半透明太阳能电池透过率高、效率低的问题。[WO3/LiF]N一维光子晶体的高反射膜结构有利于提高特定波长光的反射和吸收，解决了半透明电池效率与透过率之间的矛盾，有效地提高了能量转换效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于聚合物太阳能电池
，具体涉及一种基于高低折射率材料WO3及LiF构成的一维光子晶体作为背反射镜的倒置型半透明聚合物太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
随着社会的进步和经济的迅猛发展，能源的需求急剧增长。以化石燃料为主的常规能源资源的日益枯竭及由此所引发的环境污染、生态问题，是现代社会人们面临的严峻形势。太阳能作为一种可再生能源，以其安全无污染、资源永不枯竭的优势，成为了未来最有希望的能源之一。太阳能的主要利用方式就是太阳能电池，传统的太阳能电池主要以硅电池为主，但是由于其生产工艺复杂、生产设备昂贵等缺点，限制了其大规模民用商业化的应用。近年来，聚合物太阳能电池由于其制作工艺简单、价格低廉、柔性、可大面积生产等优点，已成为可再生能源研究领域的一个热点，其中半透明聚合物太阳能电池由于其既可透光又可发电的优势，可以应用到在建筑物外立面和车窗的制造上，具有很强大的商业潜能。但是半透明聚合物太阳能电池的高透过率是以牺牲光电转换效率为代价而得到的，因此研究即具有高透过率、同时光电转换效率损失很小的半透明聚合物太阳能电池具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是采用简单的工艺提供一种基于一维光子晶体作为背反射镜的倒置型半透明聚合物太阳能电池及其制备方法。该太阳能电池依次由FTO导电玻璃(或者ITO导电玻璃)阴极、N型宽禁带半导体Ti02(nc-Ti02)阴极缓冲层(厚度为15 40nm)、聚合物有源层(厚度为80 100nm)、W03阳极缓冲层(厚度为5 10nm)、Ag半透明阳极(厚度为10 20nm)和N —维光子晶体组成，N为2 8的整数，表示一维光子晶体的对数周期，每一对数周期为WO3 (厚度为50 80nm)和LiF (厚度为80 IOOnm)的复合层结构。聚合物为给体材料P3HT (Poly (3-hexylthiophene_2, 5-diyl),聚 3 己基噻吩)与受体材料 PCBM ( -phenyl-C61_butyric acid methyl ester,富勒烯衍生物)按照质量比1:0. 8 I的混合。聚合物有源层的吸收波长范围为450 600nm。一维光子晶体4# 450 600nm范围内的光实现高反射，对450 600nm范围以外的光实现高透射。半透明聚合物太阳能电池在工作中为了实现半透明，聚合物有源层必须很薄，这就直接导致有源层对光吸收不充分而影响效率。因此，我们在半透明聚合物电池上面引入一维光子晶体，光照下对未被有源层吸收的450 600nm范围内的光实现高反射，该波长范围的光被有源层二次吸收，从而提高光的利用率，提高能量转化效率；同时，一维光子晶体N对于450 600nm范围以外的光实现高透射。本专利技术所述的一种一维光子晶体的半透明聚合物太阳能电池的其制备方法，其步骤如下I) FTO导电玻璃或者ITO导电玻璃依次用丙酮、乙醇、去离子水超声30 50分钟，然后擦洗烘干；2)在室温下，将20 40mL乙醇、5 15mL去离子水和I 3mL浓度为O. 2 O. 3mol/L的盐酸配成的混合溶液逐滴滴入到含有5 20ml钛酸四丁酯、40 80mL乙醇、3 IOmL乙酰丙酮的溶液中，剧烈搅拌I 5小时，陈化后制得TiO2溶胶；将TiO2溶胶以1000 5000rpm的转速旋涂在步骤I)处理过的导电玻璃上，然后放入马弗炉中，在440 460°C条件下烧结1. 5 3小时，烧结后在导电玻璃上得到N型TiO2Oic-TiO2)阴极缓冲层，厚度为15 40nm ；3)有源层是聚合物太阳能电池的吸光层，平整的有源层是获得高效率电池的基础，我们使用聚合物材料制备体异质结太阳能电池的有源层将给体材料P3HT (Poly (3-he xylthiophene-2, 5-diyl),聚 3 己基噻吩)与受体材料 PCBM ( -phenyl-C61-butyricacid methyl ester,富勒烯衍生物)按照1:0. 8 I的质量比进行混合,然后加入有机溶剂(二氯苯、氯苯或甲苯等)中，配置成均勻的浓度为10 20mg/mL的混合溶液；然后将混合溶液旋涂在N型TiO2阴极缓冲层上，旋涂速度为1000 1500rpm，得到80 IOOnm厚的有源层；最后对有源层进行退火，退火温度为140°C 160°C，退火时间为O. 3 O. 5小时；4)通过真空蒸发的方法在有源层上制备阳极缓冲层在多源有机气相分子沉积系统中，在有源层上蒸镀厚度为5 IOnm的WO3，形成导电性良好的阳极缓冲层，有效的传输空穴；5)通过真空蒸发的方法在阳极缓冲层上制备半透明阳极在多源有机气相分子沉积系统中，在阳极缓冲层WO3上蒸镀厚度为10 20nm的Ag半透明阳极；6)通过真空蒸发的方法在Ag半透明阳极上制备光子晶体在多源有机气相分子沉积系统中，在半透明阳极上蒸发N—维光子晶体，N的取值为2 8;从而完成基于一维光子晶体作为背反射镜的倒置型半透明聚合物太阳能电池的制备。本专利技术所制备得到Ag半透明阳极非常均匀致密，导电性能良好，透过率较高，可以有效的收集电子。使用真空蒸发的方式制备的一维光子晶体，对有源层吸收范围内即450 600nm内光的反射率高达99%，对有源层吸收范围外即450 600nm外光的透射率达99%以上，能够将电池吸收较强的光大部分反射，将电池吸收较弱的光大部分透过，从而得到了同时具有高效率和高平均透过率的半透明聚合物太阳能电池。本专利技术制备的无光子晶体和有光子晶体结构的半透明聚合物电池的短路电流、开路电压、填充因子和能量转换效率的比较详见表I。表1:半透明聚合物太阳能电池无光子晶体、有光子晶体的器件在lOOmW/cm2和AM(大气质量)为1. 5G的环境下的特征参数比较权利要求1.一种基于一维光子晶体作为背反射镜的倒置型半透明聚合物太阳能电池，其特征在于依次由FTO导电玻璃或者ITO导电玻璃阴极(I)、N型宽禁带半导体TiO2阴极缓冲层(2)、聚合物有源层(3)、W03阳极缓冲层(4)、Ag半透明阳极(5)和N—维光子晶体(6)组成，N为2 8的整数，表示一维光子晶体的对数周期，每一对数周期为WO3 (61)和 LiF (62)的复合层结构。2.如权利要求1所述的一种基于一维光子晶体作为背反射镜的倒置型半透明聚合物太阳能电池，其特征在于阴极缓冲层(I)的厚度为15 40nm、聚合物有源层(2)的厚度为80 100nm、W03阳极缓冲层(3)的厚度为5 10nm、Ag半透明阳极(4)的厚度为10 20nm、W03的厚度为50 80nm、LiF的厚度为80 IOOnm03.权利要求2所述的一种基于一维光子晶体作为背反射镜的倒置型半透明聚合物太阳能电池的制备方法，其步骤如下1)FTO导电玻璃或者ITO导电玻璃依次用丙酮、乙醇、去离子水超声30 50分钟，然后擦洗烘干；2)在室温下，将20 40mL乙醇、5 15mL去离子水和I 3mL浓度为O.2 O. 3mol/L 盐酸配成的混合溶液逐滴滴入到含有5 20mL钛酸四丁酯、40 80mL乙醇、3 IOmL乙酰丙酮的溶液中，剧烈搅拌I 5小时，陈化后制得TiO2溶胶；将TiO2溶胶以1000 5000rpm 的转速旋涂在步骤I)处理过的导电玻璃上，在本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于一维光子晶体作为背反射镜的倒置型半透明聚合物太阳能电池，其特征在于：依次由FTO导电玻璃或者ITO导电玻璃阴极（1）、N型宽禁带半导体TiO2阴极缓冲层（2）、聚合物有源层（3）、WO3阳极缓冲层（4）、Ag半透明阳极（5）和[WO3/LiF]N一维光子晶体（6）组成，N为2～8的整数，表示一维光子晶体的对数周期，每一对数周期为WO3（61）和LiF（62）的复合层结构。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：沈亮，于文娟，阮圣平，刘彩霞，郭文滨，董玮，张歆东，陈维友，陆斌武，
申请(专利权)人：吉林大学，无锡海达安全玻璃有限公司，
类型：发明
国别省市：
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