一種雙受體的三元太陽(yáng)能電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有機(jī)聚合物光伏器件或有機(jī)半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，具體涉及一種有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球能源需求的爆炸式增長(zhǎng)，能源問(wèn)題己經(jīng)成為各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所要面臨的首要難題。由于太陽(yáng)能具有潔凈、分布廣泛、取之不盡用之不竭等特點(diǎn)，研究光伏發(fā)電解決能源問(wèn)題成為可再生能源領(lǐng)域研究的重點(diǎn)與熱點(diǎn)。目前，根據(jù)組成太陽(yáng)能電池的光活性層的材料性質(zhì)的不同，可以將活性層材料分為無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料和有機(jī)半導(dǎo)體材料。與無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料相比，有機(jī)半導(dǎo)體材料不僅材料本身的合成條件和器件化工藝條件相對(duì)溫和，其分子化學(xué)結(jié)構(gòu)容易修飾，用其來(lái)制作電池時(shí)，可以滿足成本低、耗能少、容易大面積制作的要求。從20世紀(jì)90年代起，隨著薄膜技術(shù)的迅猛發(fā)展，采用新材料新結(jié)構(gòu)新工藝制備的電池的性能得到大幅度的提高。
[0003]然而，與無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池的大規(guī)模生產(chǎn)相比，有機(jī)太陽(yáng)能電池由于其光電轉(zhuǎn)換效率還相對(duì)較低，其實(shí)用化還尚需時(shí)日。傳統(tǒng)的有機(jī)太陽(yáng)能電池的光活性層是決定器件光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。經(jīng)典的體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)替代了原有的雙層異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，使得電子給體與受體材料在光活性層中均勻的混合，從而增大了給體受體的接觸面積，為載流子傳輸提供了大量的通道，從而極大的提高器件的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0004]然而，傳統(tǒng)的體異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池存在以下兩大問(wèn)題:1，單受體的體異質(zhì)結(jié)光吸收范圍有限，其中，從而限制了器件的短路電流密度；2，基于富勒烯衍生物的受體由于其分子結(jié)構(gòu)，在一定程度上不能有效地與給體聚合物充分結(jié)合，導(dǎo)致光活性層中不能有效地形成給體受體相分離，從而限制了載流子的傳輸效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是:如何提供一種雙受體的三元太陽(yáng)能電池，目的是通過(guò)在光活性層中加入第二種受體，以實(shí)現(xiàn):(1)提升光活性層的光吸收范圍；(2)提高光活性層的給體受體相分離程度，及薄膜的結(jié)晶性，提高載流子傳輸效率。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案:
一種雙受體的三元太陽(yáng)能電池，其特征在于:該太陽(yáng)能電池采用反型結(jié)構(gòu)，從下到上依次為:襯底，透明導(dǎo)電陰極ΙΤ0，陰極緩沖層，光活性層，陽(yáng)極緩沖層，金屬陽(yáng)極；光活性層的重量百分比組成為:電子給體:40%，電子受體一:10-50%,電子受體二: 10~50%，光活性層厚度為50~300nm ;所述電子受體I材料為PC61BM,所述電子受體2材料為PC71BM。
[0007]進(jìn)一步地，所述光活性層中，電子給體材料為P3HT或PTB7的一種。
[0008]進(jìn)一步地，所述陽(yáng)極緩沖層材料為PEDOT:PSS，陽(yáng)極緩沖層厚度為15?50 nm。
[0009]進(jìn)一步地，所述陰極緩沖層材料為TPB1、BCP、Bphen、Alq3、ZnO或T12的一種或多種，陰極緩沖層厚度范圍為I?20 nm。
[0010]進(jìn)一步地，所述金屬陽(yáng)極材料為Ag、Al或Cu中的一種或多種，金屬陽(yáng)極厚度為100 ?300 nmD
[0011 ] 進(jìn)一步地，所述襯底材料為玻璃或透明聚合物，所述透明聚合物材料為聚乙稀、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亞胺、氯醋樹(shù)脂或聚丙烯酸的一種或多種。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
通過(guò)引入第二種電子受體材料，從而提升光活性層中的光吸收范圍，最終提升器件的短路電流密度；
通過(guò)引入第二種電子受體材料，來(lái)填充原給體受體之間的空隙，并提高給體受體之間的相分離程度，提高光活性層的薄膜結(jié)晶性，提高載流子傳輸速度。
[0013]【附圖說(shuō)明】:
圖1是本發(fā)明所涉及的一種雙受體的三元太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，從下到上依次為:1表示襯底，2表示透明導(dǎo)電陰極ΙΤ0，3表示陰極緩沖層，4表示光活性層，5表示陽(yáng)極緩沖層，6表示金屬陽(yáng)極。
[0014]圖2是本發(fā)明涉及的光活性層的AFM圖，其中a)為對(duì)照組，b)為雙受體的光活性層表面，從圖中可以明顯看出，在加入雙受體后，薄膜表面相分離程度提高了，結(jié)晶性也得到提尚。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016]本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種雙受體的三元太陽(yáng)能電池，如圖1、圖2所示，一種雙受體的三元太陽(yáng)能電池，該太陽(yáng)能電池采用反型結(jié)構(gòu)，從下到上依次為:襯底，透明導(dǎo)電陰極ΙΤ0，陰極緩沖層，光活性層，陽(yáng)極緩沖層，金屬陽(yáng)極；光活性層組分為:電子給體:40%，電子受體一:10~50%，電子受體二:10~50%，光活性層厚度為50~300nm ;所述電子受體一材料為PC61BM ;所述電子受體二材料為PC71BM ;所述光活性層中，電子給體材料為P3HT或PTB7的一種；所述陽(yáng)極緩沖層材料為PED0T:PSS，陽(yáng)極緩沖層厚度為15?50 nm ;所述陰極緩沖層材料為TPB1、BCP、Bphen, Alq3, ZnO或1102的一種或多種，陰極緩沖層厚度范圍為I?20 nm ;所述金屬陽(yáng)極材料為Ag、Al或Cu中的一種或多種，金屬陽(yáng)極厚度為100?300 nm ;所述襯底材料為玻璃或透明聚合物，所述透明聚合物材料為聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亞胺、氯醋樹(shù)脂或聚丙烯酸的一種或多種。
實(shí)施例1 (對(duì)照組):
對(duì)表面粗糙度小于Inm的由透明襯底及透明導(dǎo)電陰極ITO所組成的基板進(jìn)行清洗，清洗后用氮?dú)獯蹈?；在透明?dǎo)電陰極ITO表面旋轉(zhuǎn)涂覆Zn0(5000rpm，40s, 15nm)制備陰極緩沖層，并將所形成的薄膜進(jìn)行烘烤(200°C，60min);在陰極緩沖層上采用旋涂制備P3HT:PC61BM(40%:60%)光活性層(lOOOrpm, 25s, 220nm)，并進(jìn)行烘烤(140°C，5min)；在光活性層表面旋轉(zhuǎn)涂覆PED0T:PSS溶液制備陽(yáng)極緩沖層(3000rpm，60s，30nm);將基板采用恒溫?zé)崤_(tái)加熱退火的方式進(jìn)行退火(150°C，5min);在陽(yáng)極緩沖層上蒸鍍金屬陽(yáng)極Ag(10nm)。在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下:AM 1.5，100mW/cm2，測(cè)得器件的開(kāi)路電壓(V。。) =0.56V，短路電流(Jsc)=S.2mA/cm2，填充因子(FF) =0.53，光電轉(zhuǎn)換效率(PCE) =2.43 %。
[0017]實(shí)施例2:(對(duì)照組) 對(duì)表面粗糙度小于Inm的由透明襯底及透明導(dǎo)電陰極ITO所組成的基板進(jìn)行清洗，清洗后用氮?dú)獯蹈?；在透明?dǎo)電陰極ITO表面旋轉(zhuǎn)涂覆Zn0(5000rpm，40s, 15nm)制備陰極緩沖層，并將所形成的薄膜進(jìn)行烘烤(200°C，60min);在陰極緩沖層上采用旋涂制備PTB7:PC61BM(40%:60%)光活性層(1200rpm，60s, 10nm);在光活性層表面旋轉(zhuǎn)涂覆PED0T:PSS溶液制備陽(yáng)極緩沖層(3000rpm，60s，30nm);將基板采用恒溫?zé)崤_(tái)加熱退火的方式進(jìn)行退火(150°C，5min);在陽(yáng)極緩沖層上蒸鍍金屬陽(yáng)極Ag(10nm)。在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下:AM 1.5，100mW/cm2，測(cè)得器件的開(kāi)路電壓(Vtie) =0.70V，短路電流(Jse) =13mA/cm2，填充因子(FF)=0.63，光電轉(zhuǎn)換效率(PCE) =5.73 %。
[0018]實(shí)施例3:
對(duì)表面粗糙度小于Inm的由透明襯底及透明導(dǎo)電陰極ITO所組成的基板進(jìn)行清洗，清洗后用氮?dú)獯蹈?；在透明?dǎo)電陰極ITO表面旋轉(zhuǎn)涂覆Zn0(5000rpm，40s, 15nm)制備陰極緩沖層，并將所形成的薄膜進(jìn)行烘烤(200°C，60min);在陰極緩沖層上采用旋涂制備 P3HT:PC61BM:PC71BM (40%: 10%: 50%)光活性層(lOOOrpm, 25s, 220nm)，并進(jìn)行烘烤(1400C，5min);在光活性層表面旋轉(zhuǎn)涂覆PED0T:PSS溶液制備陽(yáng)極緩沖層(3000rpm，60s, 30nm);將基板采用恒溫?zé)崤_(tái)加熱退火的方式進(jìn)行退火(150°C，5min);在陽(yáng)極緩沖層上蒸鍍金屬陽(yáng)極