一種有機太陽能電池及其制作方法，該太陽能電池由第一電極，第二電極，光活性層，電子傳輸層、空穴傳輸層組成。電子傳輸層或空穴傳輸層表面通過軟納米壓印形成凸起或凹陷狀納米結構，并與光活性層形成凸凹互補的陷光結構，可在紫外到紅外的寬光譜范圍內有效地增加對光線的吸收，從而提高有機太陽能電池的轉換效率。該制備方法具備高保真、一步成形、低成本等諸多優點，具有良好的實際應用價值。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及太陽能電池制作領域，具體設計一種具有餡光結構的。
技術介紹
隨著主要能源一化石燃料(煤、石油、天然氣等)的不斷耗盡及環境污染的日益嚴重，能源問題已成為當今社會面臨的重要問題之一。從而促使研究者的目光轉向清潔的可再生能源。太陽能由于其“取之不盡、用之不竭”是一種真正意義上的“綠色”能源，而成為世界各國政府可持續發展的能源戰略。目前使用的太陽能電池，主要依靠硅或稀有金屬合金等無機材料制成。而有機太陽能電池是20世紀90年代發展起來的新型太陽能電池，它以有機半導體作為實現光電轉換的活性材料。與無機太陽能電池相比，具有成本低、厚度薄、質量輕、制造工藝簡單、可做成大面積柔性器件等突出優點，因而日益引起了人們的關注。但同時，有機太陽能電池的電池效率一直未能超過10%，因此廣大科研工作者一直致力于尋求新的方法來提高其效率。而提高有機太陽能電池效率的方法總體上可以分為兩大類(I)新材料的開發與應用(2)結構的優化與改進。就在結構優化與改進而言，陷光技術(light trapping)日益引起人們的重視。目前陷光技術的主要研究方向在以下三個方面:( I)納米結構實現表面等離子體效應；(2)減反射結構實現光增透；(3)光子晶體實現波導共振。在有機太陽能電池的陷光納米結構制作中，納米壓印技術是最常用的技術之一，可分為硬納米壓印技術(Hard nanoimprint lithography;Hard NIL)和軟納米壓印技術(Soft nanoimprint lithography;Soft NIL)。2009年,Ximin He等在NanoLetter上發表論文(參見以下說明的非專利文獻I),采用Si模板硬納米壓印方法，通過迭次壓印，在P3HT和F8TBT活性層上形成了 50nm_80nm槽深的聚合物-聚合物(Polymer-Polymer)異質結微納米結構，首次將聚合物_聚合物異質結OPV電池的PCE提高到1.9%。但基于石英、玻璃和硅片的硬納米壓印技術由于基板的堅硬，在與有機材料接觸中，會導致空氣的陷入，從而引起表面的不均一，降低了復制的可靠性。此外，硬納米壓印技術為了便于脫模，模版需要進行表面改性處理(如氟化處理)來降低其表面能(參見以下說明的非專利文獻2)。而軟納米壓印通過將石英、玻璃和硅片等硬質基板的納米結構轉移到PDMS或PFPE上可以克服硬納米壓印上述缺陷。2011年，Doo-Hyun Ko等在旋涂P3HT =PCBM((Poly (3-hexylthiophene): (6, 6)-Phenyl-C61-butyric acid methyl ester))混合有機溶液后，將全氟聚醚(PFPE)模仁置于P3HT =PCBM構成的活性層上，在30分鐘內，保持150° C和適當壓力，將全氟聚醚(PFPE)上的不同形貌的周期性光子晶體結構轉移到活性層上(參見以下說明的非專利文獻3)，利用光子晶體的導模共振作用，在波長為400nm-800nm范圍內大幅度減少了入射光線的反射。2012年，You, J等人利用聚二甲娃氧烷(PDMS)作為轉移介質材料，采用軟納米壓印技術，通過直接壓印活性層，在活性層上形成了周期性的光柵結構，然后蒸鍍電極，從而形成具有表面等離子散射增強效應的金屬背電極結構，一定程度上提高了有機太陽電池的效率(參見以下說明的非專利文獻4)。但經文獻檢索，未見有通過軟納米壓印電子傳輸層或空穴傳輸層，形成納米陷光結構的有機電池的相關報道。中國專利申請第201110068868.1號公開了一種太陽能電池，該太陽能電池在制作過程中，在太陽能電池背電極與光伏層之間制備出一層由金屬納米鏈組成的金屬納米薄膜，入射光經過光陽極和光伏層，被局域在金屬納米鏈表面，并形成橫向傳輸的表面等離子體激元傳輸模式，因此大幅增長了入射光在光伏層的有效傳輸距離，從而提高太陽能電池對入射光的吸收效率，可大幅提高太陽能電池的光電轉換效率。但是該技術的缺點在于:金屬納米薄膜與光伏層之間直接接觸，易影響太陽能電池器件電阻、開路電壓、填充因子等電學性質。申請號為201110252280.1的中國專利技術專利公開了一種用于太陽電池的多孔金字塔型硅表面陷光結構制備方法，清洗硅片后，采用堿刻蝕制備金字塔結構表面，然后再結合貴金屬納米粒子催化刻蝕的方法制得多孔金字塔表面陷光結構，通過該方法制備出的硅表面多孔金字塔型陷光結構，在300nm到IOOOnm的光譜范圍內其平均反射率降到了 3.3%的水平，為提高硅太陽能電池的效率提供了新的技術手段。但是該技術的缺點在于:但其制備方法僅局限于硅太陽能電池，不適于有機太陽能電池的制作。申請號為201210231569.X的中國專利技術專利公開了在電子傳輸層和/或空穴傳輸層中設有金屬納米顆粒，通過金屬納米顆粒的表面等離子體效應增強了光的吸收，使器件的光電流增加，從而提高了有機太陽能電池器件的光電轉化效率。但是該技術的缺點在于:由于金屬納米顆粒的分布的隨機性和不可控性，從而造成效率提高的不穩定性，且表面等離子體效應在近紫外和可見光波段增強效果不明顯。申請號為201210257338.6的中國專利技術專利公開了一種有機薄膜太陽能電池，由多個電池單體在一平面上緊湊排列而成，電池單體的形狀為正三面錐、正四面錐或正六面錐，錐體的內側面為受光面，每一內側面都包括一個電池元。該技術增加了組件對光的吸收利用，但是該技術的缺點在于:單體電池內部無陷光結構，且單體的錐狀結構不能完全吸收散射光，存在漏光問題。引用列表:非專利文獻I1.He，X.; Gaoj F.;Tu，G.; Haskoj D.; Hiittnerj S.; Steiner, U.; Greenhamj N.C.;Friend, R.H.;Huckj W.T.S., Formation of nanopatterned polymer blends inphotovoltaic devices.Nano letters2010，10 (4)，1302-1307.非專利文獻22.Gates，Β.D.; Whitesides, G.Μ., Replication of vertical featuressmaller than2nm by soft lithography.Journal of the American Chemical Society2003，125(49)，14986-14987.非專利文獻33.Koj D.H.; Tumblestonj J.R.; Schenckj W.; Lopez, R.; Samulskij E.T.，PhotonicCrystal Geometry for Organic Polymer:Fullerene Standard and Inverted SolarCells.The Journal of Physical Chemistry C2011，115 (10)，4247-4254.非專利文獻44.You, J.; Li, X.;Xie，F.; Shaj W.E.1.; Kwongj J.H.W.; Li, G.; Choyj W.C.H.; Yang, Y., Surface Plasmon and Sca本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種有機太陽能電池，包括基底，以及依次位于所述基底上的第一電極、第一傳輸層、光活性層、第二傳輸層和第二電極，其特征在于：所述第一傳輸層上設有納米凹凸結構，所述光活性層的至少部分滲入該納米凹凸結構中，使的該光活性層在與所述第一傳輸層的交界面處形成與所述納米凹凸結構的互補結構，所述第一傳輸層上的納米凹凸結構和光活性層上的互補結構構成了納米陷光結構。
【技術特征摘要】
1.一種有機太陽能電池，包括基底，以及依次位于所述基底上的第一電極、第一傳輸層、光活性層、第二傳輸層和第二電極，其特征在于:所述第一傳輸層上設有納米凹凸結構，所述光活性層的至少部分滲入該納米凹凸結構中，使的該光活性層在與所述第一傳輸層的交界面處形成與所述納米凹凸結構的互補結構，所述第一傳輸層上的納米凹凸結構和光活性層上的互補結構構成了納米陷光結構。2.如權利要求1所述的有機太陽能電池，其特征在于:所述第一傳輸層為電子傳輸層或空穴傳輸層中的一種，且當該第一傳輸層為電子傳輸層時，所述第二傳輸層為空穴傳輸層；當該第一傳輸層為空穴傳輸層時，所述第二傳輸層為電子傳輸層。3.如權利要求1所述的有機太陽能電池，其特征在于:所述第一傳輸層或第二傳輸層的材質為過渡金屬氧化物、氧化鋅、氧化鈦或高分子聚合物中的一種。4.如權利要求1所述的有機太陽能電池，其特征在于:所述納米凹凸結構為隨機性、準周期性或周期性的凹凸結構，且該納米凹凸結構的形貌為一維或二維的柱狀、拋物線狀、錐狀或階梯狀中的一種。5.如權利要求1所述的有機太陽能電池，其特征在于:所述光活性層為由給體材料和受體材料共混形成的體異質結層，或者為給體材料和受體分別成膜形成的雙層體異質結層。6.如權利要求5所述的有機太陽能電池，其特征在于:所述的給體材料選自聚(3-己基噻吩)、聚苯或聚亞苯基乙烯的衍生物中的一種，所述的受體材料選自碳60或碳70及其官能化衍生物、有機分子、有機金屬或無機納米粒子中的一種。7.如權利要求1所述的有機太陽能電池，其特征在于:所述的第一電極和第二電極材料選自氧化銦錫、氧化錫或摻氟...
【專利技術屬性】
技術研發人員：唐建新，周雷，李艷青，
申請(專利權)人：蘇州大學，
類型：發明
國別省市：
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