專利名稱：太陽能電池及其制備方法
太陽能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池及其制備方法。背景技術(shù)：
隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源的消耗急劇增長，化石燃料的巨量使用不僅造成了煤、石油、天然氣等不可再生資源的日漸枯竭，威脅到人類社會的能源安全，而且大量二氧化碳的排放也造成了日益嚴重的社會環(huán)境問題。在這種形勢下，急需開發(fā)利用既經(jīng)濟性能又高的清潔能源。其中，太陽能被視為可利用的、最有前途的、可再生能源之一，引起人們的關(guān)注。近年來，隨著對有機太陽能電池材料和器件結(jié)構(gòu)的不斷探索，有機太陽能電池的效率已經(jīng)達到了 6% 7%。然而要實現(xiàn)商業(yè)化，有機太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率仍然較低，器件的穩(wěn)定性也還有待于進一步的提高。在本體異質(zhì)結(jié)型的有機太陽能電池中，由于異質(zhì)結(jié)界面增多，活性材料吸收太陽光后產(chǎn)生的激子能迅速解離形成自由的電子和空穴，相對兩層結(jié)構(gòu)來說，效率得到了較大提高。但是與無機半導體相比，有機物中的載流子遷移率相對較低，大部分的載流子還未來得及傳輸?shù)诫姵氐膬呻姌O，就已經(jīng)發(fā)生了復合，這樣就導致電流損失，使有機太陽能電池的短路電流較低，其光電轉(zhuǎn)換效率也偏低；另外，有機太陽能電池的光活性層的厚度一般要求控制在IOOnm左右，部分太陽光來不及被光活性層吸收就已經(jīng)透過，造成了太陽光的浪費，也使得效率不高。

發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要提供一種光電轉(zhuǎn)換效率較高的太陽能電池及其制備方法。一種太陽能電池，包括透明基體；透明導電電極，設于透明基體上；第一緩沖層， 設于透明導電電極上；第一納米柱陣列層，設于第一緩沖層上；第二納米柱陣列層，間隔設于第一納米柱陣列層上，第二納米柱陣列層包括周期性間隔排布的多個第二納米柱，該多個第二納米柱構(gòu)成二維光子晶體結(jié)構(gòu)；光活性層，填充于第一納米柱陣列層和第二納米柱陣列層之間，且滲透進入第一納米柱陣列層和第二納米柱陣列層內(nèi)部；第二緩沖層，設于第二納米柱陣列層上；及導電電極，設于第二緩沖層上。在優(yōu)選的實施例中，該導電電極的材料為具有高功函數(shù)的金屬，該第一納米柱陣列層的材料為傳輸電子的材料，該第二納米柱陣列層的材料為傳輸空穴的材料。在優(yōu)選的實施例中，該具有高功函數(shù)的金屬為Ag或Au。在優(yōu)選的實施例中，該導電電極的材料為具有低功函數(shù)的金屬，該第一納米柱陣列層的材料為傳輸空穴的材料，該第二納米柱陣列層的材料為傳輸電子的材料。在優(yōu)選的實施例中，該具有低功函數(shù)的金屬為Al、Ca-Al合金、Ba-Al合金、Mg-Ag 合金中的一種。在優(yōu)選的實施例中，該傳輸電子的材料為TiOx、Cs2CO3、SiO、Sr^2中的至少一種，該傳輸空穴的材料為Ni0、Mo03、V2O5、WO3中的至少一種。
在優(yōu)選的實施例中，該第一緩沖層的材料與該第一納米柱陣列層的材料相同，該第二緩沖層的材料與該第二納米柱陣列層的材料相同。在優(yōu)選的實施例中，該光活性層為電子給體材料和電子受體材料的混合物或為分子內(nèi)含電子給體-受體單元的材料。在優(yōu)選的實施例中，該電子給體材料為噻吩小分子、噻吩寡聚物或噻吩聚合物、芳香胺類材料、PPV類材料、稠環(huán)芳香化合物、酞菁類染料、亞酞菁染料中的至少一種；該電子受體材料為富勒烯及其衍生物、PPV類材料、稠環(huán)芳香化合物中的至少一種。一種太陽能電池的制備方法，包括如下步驟于一透明基體上形成透明導電電極； 于該透明導電電極上形成第一緩沖層；于該第一緩沖層上形成第一納米柱陣列層；于該第一納米柱陣列層上形成光活性層；于該光活性層上形成第二納米柱陣列層，該第二納米柱陣列層包括周期性間隔排布的多個第二納米柱，該多個第二納米柱構(gòu)成二維光子晶體結(jié)構(gòu)；于該第二納米柱陣列層上形成第二緩沖層；及于該第二緩沖層上形成導電電極。上述太陽能電池工作時，光活性層吸收太陽光后產(chǎn)生激子，在給體、受體材料界面處發(fā)生分離產(chǎn)生自由的電子和空穴。由于納米柱陣列中納米柱之間的距離很短，自由的電子和空穴很容易傳輸至納米柱上，再通過納米柱迅速傳輸至太陽能電池的兩極上。在這種太陽能電池結(jié)構(gòu)中，電子和空穴的傳輸都有各自直接的導通路徑，提高了載流子的傳輸效率，減少了載流子的復合幾率，提高了載流子的收集效率，使太陽能電池的短路電流增大， 進而提高其光電轉(zhuǎn)換效率。

圖1為一實施例的太陽能電池的剖面示意圖。
具體實施方式請參閱圖1，本實施例所提供的太陽能電池100為層疊結(jié)構(gòu)，其包括透明基體10、 透明導電電極20、第一緩沖層30、第一納米柱陣列層40、第二納米柱陣列層50、第二緩沖層 60、導電電極70及光活性層80。透明基體10為有機太陽能電池100的基板，其大致為平板狀。透明基體10的材料可為玻璃、有機玻璃、硅、塑料或者有機合成材料等透光材料。透明導電電極20大致為平板狀，其設于透明基體10上。透明導電電極20的材料可為導電金屬氧化物薄膜或?qū)щ姼叻肿硬牧?。所述導電金屬氧化物選自導電金屬氧化物如銦錫氧化物(ITO)、氟錫氧化物(FTO)和鋁鋅氧化物(AZO)中的至少一種；透明導電電極20 的厚度為80 120nm，透光率大于80 %。第一緩沖層30大致為平板狀，其設于透明導電電極20上。第一緩沖層30的主要作用是用來傳輸載流子。光活性層80中產(chǎn)生的自由載流子可以迅速通過它傳輸至電極一端。第一緩沖層30還能阻擋部分激子。構(gòu)成第一緩沖層30的材料按照傳輸載流子性質(zhì)的不同，可以分為兩類一類是傳輸電子的材料，可為Ti0x、CS2C03、Zn0、Sr^2的至少一種，另一類是傳輸空穴的材料，可為Ni0、Mo03、V205、W03的至少一種。第一緩沖層30的厚度為20 80nm。第一緩沖層30還具有良好的光透過率。第一納米柱陣列層40設于第一緩沖層30上。第一納米柱陣列層40包括呈陣列排布的多個第一納米柱41。第一納米柱41的形狀可為直徑為30 200nm的圓柱或平均邊長為30 200nm方形柱。第一納米柱41的高度為100 lOOOnm，柱間間距為30_100nm。 第一納米柱陣列層40的作用是傳輸載流子，自由的光生載流子可以迅速通過其傳輸至第一緩沖層30，進而傳輸至透明導電電極20。第一納米柱陣列層40的材料與第一緩沖層30 的材料相同。第二納米柱陣列層50間隔設置與第一納米柱陣列層40之上，即第二納米柱陣列層50與第一納米柱陣列層40不直接接觸，且二者之間形成30 120nm的間隔。第二納米柱陣列層50包括呈陣列排布的多個第二納米柱51。第二納米柱51的形狀可為直徑為30 200nm的圓柱或平均邊長為30 200nm方形柱。第二納米柱51的高度為100 lOOOnm， 柱間間距為30-100nm。通過時域有限差分法(FDTD Solutions)設計第二納米柱51的排布形式，確定第二納米柱51的相關(guān)數(shù)據(jù)，使其構(gòu)成二維光子晶體結(jié)構(gòu)，達到對太陽光能量的最大限度吸收和減反。第二納米柱陣列層50的作用是傳輸載流子，自由的光生載流子可以迅速通過其傳輸至第二緩沖層60，進而傳輸至導電電極70。構(gòu)成第二納米柱陣列層50的材料按照傳輸載流子性質(zhì)的不同，可以分為兩類一類是傳輸電子的材料，可為Ti0x、Cs2CO3, ZnO, SnO2的至少一種，另一類是傳輸空穴的材料，可為Ni0、MoO3、V2O5、WO3的至少一種。第二緩沖層60大致為平板，其設于第二納米柱陣列層50之上。第二緩沖層60的作用與第一緩沖層30相近，其厚度為20 80nm。第二緩沖層60的材料與第二納米柱陣列層50的材料相同。導電電極70大致為平板，其設于第二緩沖層60上。導電電極70可為金屬薄膜電極，其可以作為太陽能電池的陰極或陽極。構(gòu)成導電電極70的材料按材料功函數(shù)高低可以分為兩類第一類是具有高功函數(shù)(High work function)的金屬，如Ag、Au等；第二類是具有低功函數(shù)(Low work function)的金屬或合金，如Al、Ca-Al合金、Ba-Al合金、Mg-Ag 合金等。導電電極70的厚度為80 150nm。當導電電極70為具有高功函數(shù)的金屬時，第一緩沖層30與第一納米柱陣列40為傳輸電子的材料，第二過渡層60與第二納米柱陣列50 為傳輸空穴的材料；當所述電極70為具有低功函數(shù)的金屬或者合金時，第一緩沖層30與第一納米柱陣列40為傳輸空穴的材料，第二緩沖層60與第二納米柱陣列50為傳輸電子的材料。光活性層80為是太陽能電池100吸收太陽光產(chǎn)生光電流、光電壓的主要區(qū)域。光活性層80填充于第一納米柱陣列層40和第二納米柱陣列層50之間，且滲透進入第一納米柱陣列層40和第二納米柱陣列層50內(nèi)部。光活性層80的材料為電子給體材料和電子受體材料的混合物或為分子內(nèi)含電子給體-受體單元的材料。電子給體材料可為噻吩類材料 [包括聚合物(如 P3HT、PCPDTBT、P3OT)、小分子或寡聚物(如 DCV5T、V5T、4G1-3S、3G1-1S)]、 芳香胺類材料(如 TPD、TPA-Th-CN, TCVA)、PPV 類材料(如 PPV、MEH-PPV, MDM0-PPV)、稠環(huán)芳香化合物(如iTetraceneAPentaceneAPe-Th2)、酞菁類染料[MPc (M為金屬離子，如CuPc、 ZnPc等),H2Pc^SubPc (為亞酞菁材料)]。電子受體材料可以是富勒烯及其衍生物[如C6。、 PCBM(PC60BM, PC70BM)、ThCBM, PCBB]、PPV 類材料(如 CN-Ether-PPV、MEH-CN-PPV)、稠環(huán)芳香化合物(如PTCBI、PTCDA、BBL)等。由于第一納米柱陣列層40與第二納米柱陣列層50 相互不接觸，因此除第一納米柱陣列層40與第二納米柱陣列層50之間填充有光活性層80 外，多個第一納米柱41和/或多個第二納米柱51之間也填充有光活性層80。
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太陽能電池工作時，光活性層吸收太陽光后產(chǎn)生激子，在給體、受體材料界面處發(fā)生分離產(chǎn)生自由的電子和空穴。由于納米柱陣列中納米柱之間的距離很短，自由的電子和空穴很容易傳輸至納米柱上，再通過納米柱迅速傳輸至太陽能電池的兩極上。在這種太陽能電池結(jié)構(gòu)中，電子和空穴的傳輸都有各自直接的導通路徑，提高了載流子的傳輸效率，減少了載流子的復合幾率，提高了載流子的收集效率，使太陽能電池的短路電流增大，進而提高其光電轉(zhuǎn)換效率。其次，雖然上述有機太陽能電池的兩個納米柱陣列之間的距離只有幾十到一百多納米，但是由于納米柱陣列的空隙內(nèi)填充了有機光活性材料，太陽光在太陽能電池內(nèi)傳輸?shù)穆窂较鄬τ谝话憬Y(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)有機太陽能電池而言長了很多，可以使有機光活性材料充分吸收太陽光，提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。最后，由于納米柱陣列中填充了有機光活性材料，此種周期性的結(jié)構(gòu)形成了光子晶體結(jié)構(gòu)，光活性的有機材料來不及吸收的太陽光可以通過此結(jié)構(gòu)的反射作用重新照射到有機材料上，增強有機材料對太陽光的吸收，提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。上述有機太陽能電池100的制備方法包括以下步驟(1)于一透明基體上形成透明導電電極。以玻璃等透光材料作為圖1中的透明基板10，然后在基板10的一側(cè)采用真空蒸鍍法、磁控濺射法、脈沖激光沉積法、化學氣相沉積、溶膠-凝膠法等方法沉積一層透明導電薄膜，并將其刻蝕成具有一定寬度的條紋圖樣，作為圖1中的透明導電電極20，然后將其洗凈，烘干。(2)于透明導電電極上形成第一緩沖層?？刹捎谜婵照翦?、化學氣相沉積、電子束蒸發(fā)、低溫真空濺射、溶膠-凝膠法等方法在透明導電電極20上沉積一層第一緩沖層30。若為溶液法制備時需加熱烘干。(3)于第一緩沖層上形成第一納米柱陣列層?？刹捎谜婵照翦?、化學氣相沉積、誘導耦合等離子體刻蝕、電子束曝光、電子束蒸發(fā)、低溫真空濺射等方法在第一緩沖層30上面制備第一納米柱陣列層40。(4)于第一納米柱陣列層上形成光活性層?？刹捎谜婵展舱翦児饣钚圆牧?、或者將光活性材料配成溶液，將其填充到第一納米柱陣列層40的多個第一納米柱41之間的空隙內(nèi)，空隙填滿后繼續(xù)在上面沉積一層光活性層80。若為溶液法制備時需加熱烘干。(5)于光活性層上形成第二納米柱陣列層。采用納米壓印方法，在光活性材料上形成納米陣列的圖案，然后不限于采用真空蒸鍍、化學氣相沉積、電子束蒸發(fā)、低溫真空濺射、溶膠-凝膠法等方法，將上面的圖案用納米柱陣列的材料填滿，形成第二納米柱陣列層50。通過時域有限差分法(FDTD Solutions) 設計第二納米柱陣列層50內(nèi)的第二納米柱51的排布形式，使其構(gòu)成二維光子晶體結(jié)構(gòu)。溶液法制備時需加熱烘干。(6)于第二納米柱陣列層上形成第二緩沖層?？刹捎谜婵照翦儭⒒瘜W氣相沉積、電子束蒸發(fā)、低溫真空濺射、溶膠-凝膠法等方法在第二納米柱陣列50上沉積一層第二緩沖層60。溶液法制備時需加熱烘干。(7)于第二緩沖層上形成導電電極。
可采用真空蒸鍍、化學氣相沉積、電子束蒸發(fā)、低溫真空濺射法在第二緩沖層60 上沉積一層導電電極70。優(yōu)選的，本發(fā)明太陽能電池100的制備方法還包括將步驟(7)形成的太陽能電池在惰性氣氛中退火處理。以下用具體實施例來進一步說明太陽能電池。實施例1(1)采用真空蒸鍍法，在玻璃基板上面制備厚度為SOnm的透明導電金屬氧化物 ITO薄膜層，將透明導電金屬氧化物薄膜刻蝕成一定圖案，并將其洗凈烘干；(2)采用真空蒸鍍法在透明導電金屬氧化物ITO薄膜上制備一層厚度為20nm的第一緩沖層ZnO薄膜；(3)采用化學氣相沉積法在SiO薄膜上制備ZnO圓柱形納米柱陣列層，圓形平均直徑為30nm，高度為lOOnm，柱間間距為30nm ；(4)采用真空共蒸鍍法，將Pentacene與PCBM按質(zhì)量比為4 1，填充到納米柱陣列形成的空隙內(nèi)，空隙填滿后繼續(xù)在上面沉積一層厚度為1030nm的光活性材料；(5)采用納米壓印法，在光活性材料上形成圓柱形納米陣列的圖案，圓形平均直徑為200nm，高度為lOOOnm，柱間間距為IOOnm ；然后采用電子束蒸發(fā)法將NiO填充到圓柱形納米陣列的圖案中，形成以上尺寸的NiO納米柱陣列層；兩個納米柱陣列層相互不接觸，除了每個納米柱陣列的空隙內(nèi)充滿光活性材料之外，兩個納米柱陣列之間填充的光活性材料的厚度為30nm ； (6)采用低溫真空濺射法在NiO的納米柱陣列層上沉積一層厚度為SOnm的第二緩沖層NiO ；(7)采用電子束蒸發(fā)法在緩沖層NiO上面沉積一層厚度為SOnm的Ag ；(8)將上面的太陽能電池在惰性氣氛中退火處理，制作完成。實施例2(1)利用磁控濺射法，在有機玻璃基板上面制備厚度為120nm透明導電金屬氧化物FTO薄膜層，將透明導電金屬氧化物薄膜刻蝕成一定圖案，并將其洗凈烘干；(2)采用電子束蒸發(fā)法在透明導電金屬氧化物FTO薄膜上制備一層厚度為SOnm的第一緩沖層^1 薄膜；(3)采用真空蒸鍍法在SnA薄膜上制備SiO圓柱形納米柱陣列層，圓形平均直徑為65nm，高度為^Onm,柱間間距為40nm ；(4)采用真空共蒸鍍法，將CuPc與PCBM按質(zhì)量比為1 4，填充到納米柱陣列形成的空隙內(nèi)，空隙填滿后繼續(xù)在上面沉積一層厚度為870nm光活性材料；(5)采用納米壓印法，在光活性材料上形成圓柱形納米陣列的圖案，圓形平均直徑為165nm，高度為820nm，柱間間距為85nm ；然后采用真空蒸鍍法將MoO3填充到納米陣列的圖案中，形成以上尺寸的MoO3納米柱陣列；兩個納米柱陣列層相互不接觸，除了每個納米柱陣列的空隙內(nèi)充滿光活性材料之外，兩個納米柱陣列層之間填充的光活性材料的厚度為 50nm ；(6)采用低溫真空濺射法在MoO3的納米柱陣列上沉積一層厚度為20nm的第二緩沖層WO3 ；(7)采用化學氣相沉積法在緩沖層WO3上面沉積一層厚度為120nm的Au ；
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(8)將上面的太陽能電池在惰性氣氛中退火處理，制作完成。實施例3(1)利用化學氣相沉積法，在透明塑料基板上面制備厚度為IOOnm的透明導電金屬氧化物AZO薄膜層，將透明導電金屬氧化物薄膜刻蝕成一定圖案，并將其洗凈烘干；(2)采用溶膠-凝膠法在透明導電金屬氧化物AZO薄膜上沉積一層厚度為30nm的第一緩沖層TiOx，加熱烘干；(3)采用誘導耦合等離子體刻蝕法在緩沖層TiOx上面制備SiO圓柱形納米柱陣列，圓形平均直徑為95nm，高度為460歷，柱間間距為55nm ；(4)配制P3HT與PCBM質(zhì)量比為4 1、均勻混合的、總濃度為15mg/ml的氯苯溶液，將混合溶液填充到納米柱陣列形成的空隙內(nèi)，空隙填滿后加熱烘干，繼續(xù)在上面沉積一層厚度為710nm的上述光活性材料加熱烘干；(5)采用納米壓印方法，在光活性材料上形成圓柱形納米陣列的圖案，圓形平均直徑為130nm，高度為640nm，柱間間距為70nm ；然后采用低溫真空濺射法將WO3填充到納米陣列的圖案中，形成以上尺寸的WO3納米柱陣列；兩個納米柱陣列層相互不接觸，除了每個納米柱陣列的空隙內(nèi)充滿光活性材料之外，兩個納米柱陣列層之間填充的光活性材料的厚度為 70nm ；(6)采用溶膠-凝膠法等方法在納米柱陣列WO3上沉積一層厚度為70nm的第二緩沖層V2O5，加熱烘干；(7)采用低溫真空濺射法在緩沖層60上面沉積一層厚度為IOOnm的Ag ；(8)將上面的太陽能電池在惰性氣氛中退火處理，制作完成。以上三個實施例的太陽能電池結(jié)構(gòu)中，透明導電金屬氧化物做陰極、Au或者Ag做陽極、光活性層及載流子傳輸層被夾在陰陽兩極之間。由于不活潑金屬做導電電極，電極本身很穩(wěn)定，空氣中的氧氣、水汽也很難進入光活性層，所以這種結(jié)構(gòu)能夠提高器件性能的穩(wěn)定性。實施例4(1)采用溶膠-凝膠法，在硅片基板上面制備厚度為IOOnm的透明導電金屬氧化物ITO薄膜層，加熱烘干，然后將透明導電金屬氧化物薄膜刻蝕成一定圖案，并將其洗凈烘干；(2)采用低溫真空濺射法在透明導電金屬氧化物ITO薄膜上沉積一層厚度為40nm 的第一緩沖層NiO ；(3)采用電子束蒸發(fā)法在緩沖層NiO上面制備NiO方形納米柱陣列，方形平均邊長為130nm，高度為640nm，柱間間距為70nm ；(4)配制P3HT與PCBM質(zhì)量比為1 4、均勻混合的、總濃度為30mg/ml的氯苯溶液，將混合溶液填充到納米柱陣列形成的空隙內(nèi)，空隙填滿后加熱烘干，繼續(xù)在上面沉積一層厚度為550nm的上述光活性材料，加熱烘干；(5)采用納米壓印方法，在光活性材料上形成圓柱形納米柱陣列的圖案，圓形平均直徑為95nm，高度為460nm，柱間間距為55nm ；然后采用化學氣相沉積法將ZnO填充到納米陣列的圖案中，形成以上尺寸的ZnO納米柱陣列；兩個納米柱陣列相互不接觸，除了每個納米柱陣列的空隙內(nèi)充滿光活性材料之外，兩個納米柱陣列之間填充的光活性材料的厚度為90nm ；(6)采用化學氣相沉積法在納米柱陣列SiO上沉積一層厚度為60nm的第二緩沖層 Cs2CO3 ；(7)采用真空蒸鍍法在緩沖層Cs2CO3上面沉積一層厚度為SOnm的Al ；(8)將上面的太陽能電池在惰性氣氛中退火處理，制作完成。實施例5 (1)采用真空蒸鍍法，在玻璃基板上面制備厚度為90nm透明導電金屬氧化物FTO 薄膜層，將透明導電金屬氧化物薄膜刻蝕成一定圖案，并將其洗凈烘干；(2)采用電子束蒸發(fā)法在透明導電金屬氧化物FTO薄膜上沉積一層厚度為60nm的第一緩沖層WO3 ；(3)采用化學氣相沉積法緩沖層WO3上面制備MoO3方形納米柱陣列，方形平均邊長為165nm，高度為820nm，柱間間距為85nm ；(4)配制MEH-PPV與PCBM質(zhì)量比為4 1、均勻混合的、總濃度為15mg/ml的氯苯溶液，將混合溶液填充到半導體納米柱陣列形成的空隙內(nèi)，空隙填滿后加熱烘干，繼續(xù)在上面沉積一層厚度為380nm的上述光活性材料，加熱烘干；(5)采用納米壓印方法，在光活性材料上形成方形納米柱陣列的圖案，方形平均邊長為65nm，高度為280nm，柱間間距為40nm ；然后采用低溫真空濺射法將ZnO填充到納米陣列的圖案中，形成以上尺寸的ZnO納米柱陣列；兩個納米柱陣列層相互不接觸，除了每個納米柱陣列的空隙內(nèi)充滿光活性材料之外，兩個納米柱陣列之間填充的光活性材料的厚度為 IOOnm ；(6)采用低溫真空濺射法在納米柱陣列SiO上沉積一層厚度為70nm的第二緩沖層 SnO2 ；(7)采用電子束蒸發(fā)法在緩沖層SnA上面沉積導電電極Ca-Al，其中Ca的厚度為 20nm, Al 的厚度為 IOOnm ；(8)將上面的太陽能電池在惰性氣氛中退火處理，制作完成。實施例6:(1)采用脈沖激光沉積法，在有機玻璃基板上面制備厚度為IlOnm透明導電金屬氧化物AZO薄膜層，將透明導電金屬氧化物薄膜刻蝕成一定圖案，并將其洗凈烘干；(2)采用溶膠-凝膠法在透明導電金屬氧化物AZO薄膜上沉積一層厚度為70nm的第一緩沖層V2O5，加熱烘干；(3)采用真空蒸鍍法在緩沖層V2O5上面制備WO3圓柱形納米柱陣列，圓形平均直徑為200nm，高度為lOOOnm，柱間間距為IOOnm ；(4)配制MEH-PPV與PCBM質(zhì)量比為1 4、均勻混合的、總濃度為30mg/ml的氯苯溶液，將混合溶液填充到納米柱陣列形成的空隙內(nèi)，空隙填滿后加熱烘干，繼續(xù)在上面沉積一層厚度為220nm的上述光活性材料，加熱烘干；(5)采用納米壓印方法，在光活性材料上形成方形納米陣列的圖案，方形平均邊長為30nm，高度為lOOnm，柱間間距為30nm ；然后采用化學氣相沉積法將SnA填充到納米陣列的圖案中，形成以上尺寸的SnO2納米柱陣列；兩個納米柱陣列層相互不接觸，除了每個納米柱陣列的空隙內(nèi)充滿光活性材料之外，兩個納米柱陣列之間填充的光活性材料的厚度為
10120nm ；(6)采用溶膠-凝膠法在納米柱陣列Sr^2上沉積一層厚度為30nm的第二緩沖層 TiOx，加熱烘干；(7)采用化學氣相沉積法在緩沖層TiOx上面沉積一層厚度為150nm的Mg-Ag合
^^ ；(8)將上面的太陽能電池在惰性氣氛中退火處理，制作完成。以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權(quán)利要求為準。
1權(quán)利要求
1.一種太陽能電池，其特征在于，包括 透明基體；透明導電電極，設于該透明基體上； 第一緩沖層，設于該透明導電電極上； 第一納米柱陣列層，設于該第一緩沖層上；第二納米柱陣列層，間隔設于該第一納米柱陣列層上，該第二納米柱陣列層包括周期性間隔排布的多個第二納米柱，該多個第二納米柱構(gòu)成二維光子晶體結(jié)構(gòu)；光活性層，填充于該第一納米柱陣列層和該第二納米柱陣列層之間，且滲透進入該第一納米柱陣列層和該第二納米柱陣列層內(nèi)部； 第二緩沖層，設于該第二納米柱陣列層上；及導電電極，設于該第二緩沖層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于該導電電極的材料為具有高功函數(shù)的金屬，該第一納米柱陣列層的材料為傳輸電子的材料，該第二納米柱陣列層的材料為傳輸空穴的材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池，其特征在于該具有高功函數(shù)的金屬為Ag或Au。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于該導電電極的材料為具有低功函數(shù)的金屬，該第一納米柱陣列層的材料為傳輸空穴的材料，該第二納米柱陣列層的材料為傳輸電子的材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能電池，其特征在于該具有低功函數(shù)的金屬為Al、 Ca-Al合金、Ba-Al合金、Mg-Ag合金中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的太陽能電池，其特征在于該傳輸電子的材料為TiOx、 Cs2C03> ZnO, SnO2中的至少一種，該傳輸空穴的材料為Ni0、MoO3、V2O5、WO3中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于該第一緩沖層的材料與該第一納米柱陣列層的材料相同，該第二緩沖層的材料與該第二納米柱陣列層的材料相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于該光活性層為電子給體材料和電子受體材料的混合物或為分子內(nèi)含電子給體-受體單元的材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能電池，其特征在于該電子給體材料為噻吩小分子、噻吩寡聚物或噻吩聚合物、芳香胺類材料、PPV類材料、稠環(huán)芳香化合物、酞菁類染料、亞酞菁染料中的至少一種；該電子受體材料為富勒烯及其衍生物、PPV類材料、稠環(huán)芳香化合物中的至少一種。
10.一種太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 于一透明基體上形成透明導電電極；于該透明導電電極上形成第一緩沖層； 于該第一緩沖層上形成第一納米柱陣列層； 于該第一納米柱陣列層上形成光活性層；于該光活性層上形成第二納米柱陣列層，該第二納米柱陣列層包括周期性間隔排布的多個第二納米柱，該多個第二納米柱構(gòu)成二維光子晶體結(jié)構(gòu)； 于該第二納米柱陣列層上形成第二緩沖層；及于該第二緩沖層上形成導電電極。
全文摘要
一種太陽能電池，包括透明基體；透明導電電極，設于透明基體上；第一緩沖層，設于透明導電電極上；第一納米柱陣列層，設于第一緩沖層上；第二納米柱陣列層，間隔設于第一納米柱陣列層上，第二納米柱陣列層包括周期性間隔排布的多個第二納米柱，該多個第二納米柱構(gòu)成二維光子晶體結(jié)構(gòu)；光活性層，填充于第一納米柱陣列層和第二納米柱陣列層之間，且滲透進入第一納米柱陣列層和第二納米柱陣列層內(nèi)部；第二緩沖層，設于第二納米柱陣列層上；及導電電極，設于第二緩沖層上。上述太陽能電池具有光電轉(zhuǎn)化效率較高的優(yōu)點。本發(fā)明還提供一種上述太陽能電池的制備方法。
文檔編號H01L31/042GK102347383SQ201010240858
公開日2012年2月8日 申請日期2010年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者周明杰, 汪磊, 黃杰 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司