專利名稱：：用于倒置疊層有機(jī)太陽能電池中的中間電極層及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種倒置疊層有機(jī)太陽能電池的中間電極層，特別是一種采用金屬氧化物層和超薄多金屬納米層結(jié)構(gòu)薄膜組合的用于倒置疊層有機(jī)太陽能電池中的中間電極層及制備方法。
背景技術(shù)：
：太陽能是一種綠色環(huán)保、可再生能源。有機(jī)材料具備一定獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，比如低成本、便攜式、柔性以及易于大規(guī)模生產(chǎn)。這使得有機(jī)太陽能電池逐漸成為將太陽光能轉(zhuǎn)化成電能的最具潛力的技術(shù)。然而，常規(guī)結(jié)構(gòu)的有機(jī)太陽能電池受到有機(jī)材料本身諸多的限制，如相對于整個(gè)太陽光譜吸收范圍窄、激子擴(kuò)散距離短、電荷載流子的遷移率低、壽命短等。為了克服這些弊病，疊層結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于有機(jī)太陽能電池，即由兩個(gè)或多個(gè)具有光譜互補(bǔ)的吸光層作為子電池組成。因此，能夠有效地連接子電池的中間電極層對器件的整體性能起到極其重要的作用。目前的中間電極層主要用于常規(guī)疊層有機(jī)太陽能電池?，F(xiàn)有的中間電極層主要由真空蒸鍍法和液態(tài)成膜法制備而成，其中的組合有金屬銀納米團(tuán)簇，超薄金屬金，金屬鋁/氧化鎢，氧化銦錫/3，4_乙烯基二氧噻吩摻雜聚苯乙烯磺酸，鋁/金/3，4_乙烯基二氧噻吩摻雜聚苯乙烯磺酸，氧化鋅/3，4_乙烯基二氧噻吩摻雜聚苯乙烯磺酸，氧化鈦/3，4_乙烯基二氧噻吩摻雜聚苯乙烯磺酸，金屬鋁/三氧化鉬，金屬鋁/摻雜銫的氧化鈦/3，4_乙烯基二氧噻吩摻雜聚苯乙烯磺酸。然而，至今尚未有用于倒置疊層有機(jī)太陽能電池的中間電極層。這種中間電極層除了要具有高的光透過率和有效地連接子電池，還需要起到保護(hù)已制備的下層吸光層的不被洗刷掉的作用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種可以應(yīng)用于具有不同吸收光譜范圍的有機(jī)/共軛聚合物材料作為吸光層的倒置疊層電池中，能夠有效地保護(hù)已制備的下層吸光層，來實(shí)現(xiàn)倒置疊層有機(jī)太陽能電池的用于倒置疊層有機(jī)太陽能電池中的中間電極層及制備方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種用于倒置疊層有機(jī)太陽能電池中的中間電極層及制備方法，其中，用于倒置疊層有機(jī)太陽能電池中的中間電極層是設(shè)置于下層子電池和上層子電池之間，由下層子電池至上層子電池依次沉積的設(shè)置有三氧化鉬層，金屬銀或金或鉬層，金屬鋁層和金屬鈣或鎂層。所述的三氧化鉬層的厚度為78納米，金屬銀或金或鉬層的厚度為0.51.5納米，金屬鋁層的厚度為0.51.5納米，金屬鈣或鎂層的厚度為2.53.5納米。用于倒置疊層有機(jī)太陽能電池中的中間電極層的制備方法，包括如下步驟1)襯底的選擇和處理首先將鍍有氧化銦錫的玻璃襯底用洗滌劑擦洗，隨后依次再用洗滌劑、去離子水、丙酮和酒精超聲清洗；2)襯底修飾的制備將烘干后的襯底，放于臭氧環(huán)境中進(jìn)行等離子體處理，之后通過手套箱，將襯底轉(zhuǎn)送到高真空腔中，蒸鍍1納米的金屬鈣，腔體真空度為9.OX10_5Pa，再將沉積有1納米鈣的襯底轉(zhuǎn)移到手套箱中，進(jìn)行共軛聚合物吸光層的制備；3)中間電極層的制備將沉積有1納米鈣和設(shè)定厚度的共軛聚合物吸光層的樣品送入高真空腔中，依次沉積三氧化鉬層，金屬銀或金或鉬層，金屬鋁層和金屬鈣或鎂層。步驟3所述的三氧化鉬層的厚度為78納米，金屬銀或金或鉬層的厚度為0.51.5納米，金屬鋁層的厚度為0.51.5納米，金屬鈣或鎂層的厚度為2.53.5納米。步驟3所述的三氧化鉬層、金屬銀或金或鉬層和金屬鈣或鎂層均采用熱蒸發(fā)蒸鍍，所述的金屬鋁層采用熱蒸發(fā)或者電子束蒸鍍。步驟3所述的三氧化鉬層的沉積速率為0.020.05納米/秒，所述的金屬銀或金或鉬層的沉積速率為0.010.02納米/秒，所述的金屬鋁層的沉積速率為0.020.05納米/秒，所述的金屬鈣或鎂層的沉積速率為0.040.08納米/秒。本發(fā)明的用于倒置疊層有機(jī)太陽能電池中的中間電極層及制備方法，具有如下特點(diǎn)ο1.只采用了一系列的金屬和金屬氧化物的新組合來實(shí)現(xiàn)有效地連接子電池的目的。此方案易于用在各種類型的倒置疊層有機(jī)太陽能電池中，因而為提高器件的性能提供保障。其制備方法和流程簡單、重復(fù)性強(qiáng)。2.本發(fā)明的光學(xué)特性是高透過率，降低了由于多層結(jié)構(gòu)而引起的光損失。它的電學(xué)特性是能夠使得來自于子電池的電荷載流子對在此層中有效地復(fù)合，達(dá)到相應(yīng)的倒置疊層電池的開路電壓之和的目的。因此，此發(fā)明有利于用于具有光譜互補(bǔ)的吸光層作為子電池組成的倒置疊層有機(jī)太陽能電池中。3.此發(fā)明能夠有效地保護(hù)已制備的下層吸光層，來實(shí)現(xiàn)倒置疊層有機(jī)太陽能電池。圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所得到的中間電極層的光透過率圖譜；圖3是本發(fā)明所得到的兩個(gè)倒置子電池和倒置疊層有機(jī)太陽能電池電流密度-電壓曲線的對比。其中1下層子電池2三氧化鉬層3金屬銀或金或鉬層4金屬鋁層5:金屬鈣或鎂層6:上層子電池7入射太陽光具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖給出具體實(shí)施例，進(jìn)一步說明本發(fā)明的用于倒置疊層有機(jī)太陽能電池中的中間電極層及制備方法是如何實(shí)現(xiàn)的。如圖1所示，本發(fā)明的用于倒置疊層有機(jī)太陽能電池中的中間電極層，是設(shè)置于下層子電池1和上層子電池6之間，由下層子電池1至上層子電池6依次沉積的設(shè)置有三氧化鉬層2，金屬銀或金或鉬層3，金屬鋁層4和金屬鈣或鎂層5。所述的三氧化鉬層2的厚度為78納米，金屬銀或金或鉬層3的厚度為0.51.5納米，金屬鋁層4的厚度為0.51.5納米，金屬鈣或鎂層5的厚度為2.53.5納米。本發(fā)明實(shí)施例中選用三氧化鉬層2的厚度為7.5納米，金屬銀或金或鉬層3的厚度為1納米，金屬鋁層4的厚度為1納米，金屬鈣或鎂層5的厚度為3納米。本發(fā)明的用于倒置疊層有機(jī)太陽能電池中的中間電極層的制備方法，包括如下步驟1)襯底的選擇和處理首先將鍍有氧化銦錫的玻璃襯底用洗滌劑擦洗，隨后依次再用洗滌劑、去離子水、丙酮和酒精超聲清洗；2)襯底修飾的制備將烘干后的襯底，放于臭氧環(huán)境中進(jìn)行等離子體處理，之后通過手套箱，將襯底轉(zhuǎn)送到高真空腔中，蒸鍍1納米的金屬鈣，腔體真空度為9.OX10_5Pa，再將沉積有1納米鈣的襯底轉(zhuǎn)移到手套箱中，進(jìn)行共軛聚合物吸光層的制備；3)中間電極層的制備將沉積有1納米鈣和設(shè)定厚度的共軛聚合物吸光層的樣品送入高真空腔中，依次沉積三氧化鉬層2，金屬銀或金或鉬層3，金屬鋁層4和金屬鈣或鎂層5。步驟3所述的三氧化鉬層2的厚度為78納米納米，金屬銀或金或鉬層3的厚度為0.51.5納米，金屬鋁層4的厚度為0.51.5納米，金屬鈣或鎂層5的厚度為2.53.5納米。本發(fā)明實(shí)施例中選用三氧化鉬層2的厚度為7.5納米，金屬銀或金或鉬層3的厚度為1納米，金屬鋁層4的厚度為1納米，金屬鈣或鎂層5的厚度為3納米。步驟3所述的三氧化鉬層2、金屬銀或金或鉬層3和金屬鈣或鎂層5均采用熱蒸發(fā)蒸鍍，所述的金屬鋁層4采用熱蒸發(fā)或者電子束蒸鍍。步驟3所述的三氧化鉬層2的沉積速率為0.020.05納米/秒，所述的金屬銀或金或鉬層3的沉積速率為0.010.02納米/秒，所述的金屬鋁層4的沉積速率為0.020.05納米/秒，所述的金屬鈣或鎂層5的沉積速率為0.040.08納米/秒。本發(fā)明實(shí)施例中選用三氧化鉬層2的沉積速率為0.05納米/秒，金屬銀或金或鉬層3的沉積速率為0.01納米/秒，金屬鋁層4的沉積速率為0.03納米/秒，金屬鈣或鎂層5的沉積速率為0.06納米/秒。圖2是本發(fā)明所得到的中間電極層的光透過率圖譜；圖3是本發(fā)明所得到的兩個(gè)倒置子電池和倒置疊層有機(jī)太陽能電池電流密度_電壓曲線的對比。表1本發(fā)明所得到的兩個(gè)倒置子電池和倒置疊層有機(jī)太陽能電池的性能對比<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求一種用于倒置疊層有機(jī)太陽能電池中的中間電極層，設(shè)置于下層子電池(1)和上層子電池(6)之間，其特征在于，由下層子電池(1)至上層子電池(6)依次沉積的設(shè)置有三氧化鉬層(2)，金屬銀或金或鉑層(3)，金屬鋁層(4)和金屬鈣或鎂層(5)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于倒置疊層有機(jī)太陽能電池中的中間電極層，其特征在于，所述的三氧化鉬層(2)的厚度為78納米，金屬銀或金或鉬層(3)的厚度為0.51.5納米，金屬鋁層(4)的厚度為0.51.5納米，金屬鈣或鎂層(5)的厚度為2.53.5納米。3.—種權(quán)利要求1所述的用于倒置疊層有機(jī)太陽能電池中的中間電極層的制備方法，其特征在于，包括如下步驟1)襯底的選擇和處理首先將鍍有氧化銦錫的玻璃襯底用洗滌劑擦洗，隨后依次再用洗滌劑、去離子水、丙酮和酒精超聲清洗；2)襯底修飾的制備將烘干后的襯底，放于臭氧環(huán)境中進(jìn)行等離子體處理，之后通過手套箱，將襯底轉(zhuǎn)送到高真空腔中，蒸鍍1納米的金屬鈣，腔體真空度為9.0X10_5Pa，再將沉積有1納米鈣的襯底轉(zhuǎn)移到手套箱中，進(jìn)行共軛聚合物吸光層的制備；3)中間電極層的制備將沉積有1納米鈣和設(shè)定厚度的共軛聚合物吸光層的樣品送入高真空腔中，依次沉積三氧化鉬層(2)，金屬銀或金或鉬層(3)，金屬鋁層(4)和金屬鈣或鎂層(5)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于倒置疊層有機(jī)太陽能電池中的中間電極層的制備方法，其特征在于，步驟3所述的三氧化鉬層⑵的厚度為78納米，金屬銀或金或鉬層(3)的厚度為0.51.5納米，金屬鋁層(4)的厚度為0.51.5納米，金屬鈣或鎂層(5)的厚度為2.53.5納米。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于倒置疊層有機(jī)太陽能電池中的中間電極層的制備方法，其特征在于，步驟3所述的三氧化鉬層(2)、金屬銀或金或鉬層(3)和金屬鈣或鎂層(5)均采用熱蒸發(fā)蒸鍍，所述的金屬鋁層(4)采用熱蒸發(fā)或者電子束蒸鍍。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于倒置疊層有機(jī)太陽能電池中的中間電極層的制備方法，其特征在于，步驟3所述的三氧化鉬層(2)的沉積速率為0.020.05納米/秒，所述的金屬銀或金或鉬層(3)的沉積速率為0.010.02納米/秒，所述的金屬鋁層(4)的沉積速率為0.020.05納米/秒，所述的金屬鈣或鎂層(5)的沉積速率為0.040.08納米/秒。全文摘要一種用于倒置疊層有機(jī)太陽能電池中的中間電極層及制備方法，電極層是由下至上依次沉積的設(shè)置有三氧化鉬層，金屬銀或金或鉑層，金屬鋁層和金屬鈣或鎂層。方法是將鍍有氧化銦錫的玻璃襯底用洗滌劑擦洗，依次再用洗滌劑、去離子水、丙酮和酒精超聲清洗；將烘干后的襯底，放于臭氧環(huán)境中進(jìn)行等離子體處理，通過手套箱，將襯底轉(zhuǎn)送到高真空腔中，蒸鍍1納米的金屬鈣，腔體真空度為9.0×10-5Pa，再將沉積有1納米鈣的襯底轉(zhuǎn)移到手套箱中，進(jìn)行共軛聚合物吸光層的制備；將沉積有1納米鈣和設(shè)定厚度的共軛聚合物吸光層的樣品送入高真空腔中，依次沉積三氧化鉬層，金屬銀或金或鉑層，金屬鋁層和金屬鈣或鎂層。本發(fā)明能夠有效地保護(hù)已制備的下層吸光層。文檔編號(hào)H01L51/44GK101834275SQ20101018489公開日2010年9月15日申請日期2010年5月27日優(yōu)先權(quán)日2010年5月27日發(fā)明者孫小衛(wèi),趙德威申請人:天津大學(xué)