專利名稱：一種有機薄膜太陽能電池及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子元器件中的有機光電技術領域，具體涉及一種有機薄膜太陽能電池及其制備方法。
背景技術：
隨著全球能源需求量的逐年增加，能源問題已成為各國經(jīng)濟發(fā)展所要面臨的首要難題。國際上普遍認為，在長期的能源戰(zhàn)略中，太陽能光伏發(fā)電在風力發(fā)電、海洋發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等許多可再生能源中具有更重要的地位。傳統(tǒng)的光伏材料為無機半導體材料如Si、Ge、GaAs, GaP, GaN和SiC等。但是，這類無機材料的太陽能電池工藝復雜，價格昂貴，材料要求苛刻，某些材料具有毒性，制作過程中要耗費大量的能量，而且有可能會造成后續(xù)污染，同時，其成熟技術的轉換效率已基本達到極限值，使進一步改進受到相當大程度的限制。與無機材料相比，有機材料不僅材料本身的生產(chǎn)條件相對溫和，有機分子的化學結構容易修飾，而且以此來制作光電池時，也滿足成本低、耗能少、容易大面積制作的要求，目前已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點之一。20世紀 80年代中期，C. W. Tang等人提出了用雙層異質(zhì)結器件結構模仿無機太陽能電池，效率達到 1%，有機太陽能電池的研究出現(xiàn)了一個里程碑式的突破。20世紀90年代隨著薄膜技術的迅猛發(fā)展，例如卷式連續(xù)涂膜技術在薄膜塑料工業(yè)中的應用，有機太陽能電池的研究進入了一個新的時代，電池的制備與光電轉換效率得到了有效地改善和提高。目前，有機薄膜太陽能電池的能量轉化效率還需進一步提高，方法之一是提高器件的開路電壓。而開路電壓被認為是由電子給體材料的最高分子占有軌道(HOMO)能級和電子受體材料的最低分子未占有軌道(LUMO)能級的能量差決定的。因此，采用HOMO能級較低的給體材料制備的器件具有較高的開路電壓，進而具有較高的能量轉換效率。另外一種方法是在有機光電轉換層和金屬電子之間引入陰極緩沖層，減少激子在有機光電轉換層和陰極界面處的淬滅，并且阻止金屬向有機層的擴散，達到提高有機薄膜太陽能電池能量轉換效率的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是如何提供一種有機薄膜太陽能電池及其制備方法，該有機薄膜太陽能電池利用一種新型的電子給體材料，該電子給體材料具有較低的最高分子占有軌道(HOMO)能級，有利于提高器件的開路電壓，同時，該電子給體材料具有傳輸電子功能，可以作為陰極緩沖層，能夠減少激子在有機光電轉換層和陰極界面處的淬滅，并起到保護有機光電轉換層的作用，最終提高有機薄膜太陽能電池的能量轉換效率。本發(fā)明所提出的技術問題是這樣解決的提供一種有機薄膜太陽能電池，包括襯底、陽極層、陰極層、設置在陽極層和陰極層之間的有機功能層，還包括陽極緩沖層或陰極緩沖層，其特征在于，所述有機功能層設置有有機光電轉換層，該有機光電轉換層為電子給體材料與電子受體材料構成的異質(zhì)結，所述電子給體材料具有以下結構骨架
權利要求
1. 一種有機薄膜太陽能電池，包括襯底、陽極層、陰極層、設置在陽極層和陰極層之間的有機功能層，還包括陽極緩沖層或陰極緩沖層，其特征在于，所述有機功能層設置有有機光電轉換層，該有機光電轉換層為電子給體材料與電子受體材料構成的異質(zhì)結，所述電子給體材料具有以下結構骨架其中，R2是以_CnH2n+1為通式的烷基取代基團或者鹵素取代基團或者噻吩取代基團，R1 是具有供電子能力的氨基功能團。
2.根據(jù)權利要求1所述的有機薄膜太陽能電池，其特征在于，該電子給體材料的具體分子構造如式1 式20所示
3.根據(jù)權利要求1所述的有機薄膜太陽能電池，其特征在于，所述電子受體層材料包括C6tl及其衍生物、噻吩類材料、PPV衍生物或稠環(huán)芳香化合物，其中，C6tl衍生物包括(6， 6)-苯基-C61-丁酸甲酯、(6，6)_苯基-C61-丁酸丁酯、1-(3-甲氧羰基)丙基噻吩基-[6，6]_亞甲基富勒烯，噻吩類材料包括二氰基乙烯基-三聚噻吩或聚(3-氰基-4-己基噻吩)，PPV衍生物包括[氧雜-1，4-亞苯基-1，2- (1-氰基)-亞乙烯基-2，5- 二辛氧-1， 4-亞苯基-1，2-(2-氰基)-亞乙烯基-1，4-亞苯基]聚合物或聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-α -氰基-對苯乙烯撐]，稠環(huán)芳香化合物材料包括3，4，9，10-茈四羧基-雙苯并咪唑或3，4，9，10-茈四甲酸二酐。
4.根據(jù)權利要求1所述的有機薄膜太陽能電池，其特征在于，所述陰極緩沖層材料包括所述電子給體材料或功函數(shù)低的無機化合物或者具有高的最低未被占用能級的有機化合物，無機化合物包括碳酸銫、氟化鋰、氧化鈣、氧化鈦或氧化鋅，有機化合物為金屬有機配合物、吡啶類、鄰菲咯啉類、噁二唑類或咪唑類化合物材料中的一種材料。
5.根據(jù)權利要求1所述的有機薄膜太陽能電池，其特征在于，所述陽極緩沖層材料為功函數(shù)高的無機化合物或者具有低的最高被占用能級的有機化合物，無機化合物包括三氧化鉬、五氧化二釩或三氧化鎢，有機化合物為酞菁衍生物，萘酞菁衍生物，P卜啉衍生物，芳香二胺化合物或聚合物材料。
6.一種半透明有機薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟①對襯底進行超聲清洗，清洗后吹干；②將襯底移入真空蒸發(fā)室中進行陽極層的制備；③采用真空蒸鍍或旋涂的方法制備有機功能層，有機功能層至少包括電子給體層和電子受體層，所述電子給體層材料具有以下結構骨架
7.根據(jù)權利要求6所述的有機薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，有機功能層的制備方法包括采取在高真空室中蒸鍍的方式和在旋涂機中旋涂成膜的方式，或采取噴涂、自組裝、噴墨打印、絲網(wǎng)印刷、剝離、有機氣相沉積的方式及以上幾種制備方式的組合使用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有機薄膜太陽能電池，包括襯底、陽極層、陰極層、設置在陽極層和陰極層之間的有機功能層，該有機功能層至少包括有機光電轉換層，該有機光電轉換層為電子給體材料與電子受體材料構成的異質(zhì)結，該電子給體材料的最高分子占有軌道(HOMO)能級較低，有利于提高器件的開路電壓。同時，該電子給體材料具有傳輸電子的功能，可作為陰極緩沖層，減少激子在有機光電轉換層和陰極界面處的淬滅，最終提高有機薄膜太陽能電池的能量轉換效率。
文檔編號H01L51/46GK102255049SQ201110132689
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權日2011年5月20日
發(fā)明者于軍勝, 王婉, 臧月, 蔣亞東 申請人:電子科技大學