一种有机太阳能电池及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种有机太阳能电池及其制作方法，包括衬底、以及依次位于所述衬底一表面的第一电极、第一电荷传输层、光活性层、第二电荷传输层和第二电极，其中，所述衬底另一表面设有减反射层，所述减反射层上具有其折射率沿入射光方向呈梯度变化的第一纳米凹凸结构；本发明专利技术有效提高有机太阳能电池的光电转换效率，同时具有自清洁效应，且制作工艺简单，适合规模生产化推广应用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括衬底、以及依次位于所述衬底一表面的第一电极、第一电荷传输层、光活性层、第二电荷传输层和第二电极，其中，所述衬底另一表面设有减反射层，所述减反射层上具有其折射率沿入射光方向呈梯度变化的第一纳米凹凸结构；本专利技术有效提高有机太阳能电池的光电转换效率，同时具有自清洁效应，且制作工艺简单，适合规模生产化推广应用。【专利说明】
本专利技术涉及太阳能电池
，具体涉及了。
技术介绍
随着主要能源一化石燃料(煤、石油、天然气等)的不断耗尽以及环境污染的日益严重，能源问题已成为当今社会面临的重要问题之一。从而促使研究者的目光转向清洁的可再生能源。太阳能由于其“取之不尽、用之不竭”是一种真正意义上的“绿色”能源，而成为世界各国政府可持续发展的能源战略。目前使用的太阳能电池，主要依靠硅或稀有金属合金等无机材料制成。而有机太阳能电池是20世纪90年代发展起来的新型太阳能电池，它以有机半导体作为实现光电转换的活性材料。与无机太阳能电池相比，具有成本低、厚度薄、质量轻、制造工艺简单、可做成大面积柔性器件等突出优点，因而日益引起了人们的关注。但同时，有机太阳能电池的光电转换效率一直未能超过10%，因此广大科研工作者一直致力于寻求新的方法来提高其效率。而提高有机太阳能光电转换效率的方法总体上可以分为两大类(I)新材料的开发与应用(2)结构的优化与改进。对于结构优化与改进而言，陷光技术(lighttrapping)日益引起人们的重视。目前陷光技术的主要研究方向在以下三个方面:( I)减反射结构实现光增透；(2)纳米结构实现表面等离子体效应；(3)光子晶体实现波导共振。在有机太阳能电池的陷光纳米结构制作中，纳米压印技术是最常用的技术之一。纳米压印技术可以细分为纳米硬压印技术(Hard nanoimprint lithography;H-NIL)和纳米软压印技术(Soft nanoimprint lithography; S-NIL)。2012年，Dian Chen等在ACSNAN0上发表关于硬纳米压印技术在有机太阳能电池中的应用的论文(参见以下说明的非专利文献I)。该组利用具有周期性纳米孔结构的阳极氧化铝(AAO)片为结构模板，通过硬压印技术在P3HT薄膜上制备获得直径约为30nm的周期性P3HT纳米柱。随后PCBM及电极在P3HT薄膜上的沉积完成了聚合物-聚合物纳米结构异质结有机太阳能电池器件的制备，并获得了 2.4%的器件效率(参见以下说明的非专利文献I)。在器件减反膜方面，FangJiao 等于 2012 年在 Microelectronic Engineering 上发表了相关文章。该组利用AAO为结构模板，在涂有紫外固化胶的无机太阳能电池表面通过硬纳米压印技术制备了纳米减反结构。减反膜的存在大大降低了器件的入射光反射率，从而较大程度上的提高了器件的效率(参见以下说明的非专利文献2)。但硬纳米压印技术是基于石英、玻璃、硅片等硬质模板的压印技术，硬性模板在有机材料压印过程中的使用会导致空气包裹在模板与基底的孔隙中，从而导致在基底上获得的结构尺度不均一；而硬性模板由于其一般具有较大的表面能，故在脱模过程中会导致基底薄膜形貌的损坏。总之，硬性模板的使用大大降低了压印结构的保真度。2012年，Jingbi You等用具有纳米光栅结构的PDMS为结构模板，通过软纳米压印技术往PTB7:PC71BM活性层上复制纳米光栅结构，随后银电极在图形化活性层上的蒸镀获得了具有光栅结构的背电极，这种具有图形化背电极的有机太阳能电池对入射光具有很强的背电极散射和表面等离子体共振现象，所以其性能相比于平面器件具有很大的提升(参见以下说明的非专利文献3)。申请号为201110068868.1的中国专利公开了一种太阳能电池，该太阳能电池在制作过程中，在太阳能电池背电极与光伏层之间制备出一层由金属纳米链组成的金属纳米薄膜，入射光经过光阳极和光伏层，被局域在金属纳米链表面，并形成横向传输的表面等离子体激元传输模式，因此大幅增长了入射光在光伏层的有效传输距离，从而提高太阳能电池对入射光的吸收效率，可大幅提高太阳能电池的光电转换效率。但是该技术的缺点在于:金属纳米薄膜与光伏层之间直接接触，易影响太阳能电池器件电阻、开路电压、填充因子等电学性质。申请号为201110252280.1的中国专利技术专利公开了一种用于太阳电池的多孔金字塔型硅表面陷光结构制备方法，清洗硅片后，采用碱刻蚀制备金字塔结构表面，然后再结合贵金属纳米粒子催化刻蚀的方法制得多孔金字塔表面陷光结构，通过该方法制备出的硅表面多孔金字塔型陷光结构，在300nm到IOOOnm的光谱范围内其平均反射率降到了 3.3%的水平，为提高硅太阳能电池的效率提供了新的技术手段。但是该技术的缺点在于:但其制备方法仅局限于硅太阳能电池，不适于有机太阳能电池的制作。申请号为201210231569.X的中国专利技术专利公开了在电子传输层和/或空穴传输层中设有金属纳米颗粒，通过金属纳米颗粒的表面等离子体效应增强了光的吸收，使器件的光电流增加，从而提高了有机太阳能电池器件的光电转化效率。但是该技术的缺点在于:由于金属纳米颗粒的分布的随机性和不可控性，从而造成效率提高的不稳定性，且表面等离子体效应在近紫外和可见光波段增强效果不明显。申请号为201210257338.6的中国专利技术专利公开了一种有机薄膜太阳能电池，由多个电池单体在一平面上紧凑排列而成，电池单体的形状为正三面锥、正四面锥或正六面锥，锥体的内侧面为受光面，每一内侧面都包括一个电池元。该技术增加了组件对光的吸收利用，但是该技术的缺点在于:单体电池内部无陷光结构，且单体的锥状结构不能完全吸收散射光，存在漏光问题。引用列表:非专利文献I1.Dian Chen, Wei Zhao, and Thomas P.Russel 1.，P3HT Nanopillarsfor Organic Photovoltaic Devices Nanoimprinted by AAO Templates.ACSNan0.2012，6 (2)，1479-1485.非专利文献22.Fang Jiao, Qiyu Huang, Wangchun Ren., Enhanced performance for solarcells with moth-eye structure fabricated by UV nanoimprint lithography.Microelectronic Engineering2013, 10(3)，126 - 130.非专利文献33.Jingbi You, Xuanhua Li, Feng-xian Xie, et al., Surface Plasmon andScattering-Enhanced Low-Bandgap Polymer Solar Cell by a Metal Grating BackElectrode.Advanced Energy Materials2012.与本专利技术技术方案最为接近的是本 申请人:关联 申请人:的一项在先申请，申请号为201310033982.X的中国专利技术专利，该专利公开了，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机太阳能电池，包括衬底、以及依次位于所述衬底一表面的第一电极、第一电荷传输层、光活性层、第二电荷传输层和第二电极，其特征在于，所述衬底另一表面设有减反射层，所述减反射层上具有其折射率沿入射光方向呈梯度变化的第一纳米凹凸结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐建新，陈敬德，李艳青，周雷，
申请(专利权)人：苏州大学张家港工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：