金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池及其制備方法，其涉及有機太陽能電池領(lǐng)域，包括透明襯底、透明陽極電極、空穴傳輸層、給體材料層、超薄網(wǎng)狀金屬層、受體材料層、電子緩沖層和陰極電極，位于給體材料層和受體材料層間夾有一層網(wǎng)狀的連續(xù)的金屬網(wǎng)嵌套層。該金屬網(wǎng)層可以與N型受體材料層形成局部肖特基結(jié)，在原有的異質(zhì)結(jié)基礎(chǔ)上，從而形成雙內(nèi)建電場，有利于電子從n型材料階梯性擴散到p型材料，空穴從p型材料擴散到n型材料，增加了異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)厚度，提升了光生激子的分離效率，最終提高有機太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率。
【專利說明】金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有機太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及一種基于肖特基結(jié)的金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭、石油等化石資源的逐漸枯竭，能源危機慢慢隨著時間的流逝，離我們越來越近，從而尋找新的能源變成了件非常急迫的事。太陽能，相比來說是取之不盡，用之不竭的，而且它還具有環(huán)保，安全，長久，巨大等諸多優(yōu)點成為目前所知中的最理想的新興可再生能源。目前，各個國家都在積極的研究開發(fā)太陽能的新技術(shù)，力求在這方面有所突破，如何更好的突破這方面的技術(shù)已成為具有戰(zhàn)略性意義的事情。
[0003]中國是世界最大的無機太陽能電池生產(chǎn)國。起初我國太陽能電池主要應用在航空航天、軍事等領(lǐng)域，后面慢慢開始在商業(yè)、民用上應用。但與西方國家相比，我國太陽能電池使用的總量和密度均較小。故太陽能電池今后在我國有著巨大的應用前景。另一個方面，隨著時間的推移和我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，還由于我國起初階段的粗放型經(jīng)濟，對能源消耗巨大，進而對能源的需求也進一步增加，傳統(tǒng)的化石能源的逐漸減少，開發(fā)新能源迫在眉睫，所以開發(fā)太陽能技術(shù)對我國的可持續(xù)發(fā)展有著十分重要的意義。
[0004]目前無機太陽能電池占太陽能電池中的絕大部分，技術(shù)工藝已經(jīng)非常成熟了，而且無機太陽能電池具有轉(zhuǎn)化效率高、硅材料豐富等特點。但是有利又有弊，在制造無機太陽能電池的過程中，要消耗大量的能源，而且也產(chǎn)生不可忽視的污染，這樣制造出來的電池性價比并不高。從長遠來看，無機太陽能電池并不是一種理想型的太陽能電池。相反與之對應的，有機太陽能電池制造工藝簡單，能耗很低，污染少，可以克服無機太陽能電池的上述缺點。而且有機太陽能電池易于大面積連續(xù)化生產(chǎn)，可以制作在柔性基底上等特點也是無機太陽能電池所不能做到的。但問題是，有機太陽能電池轉(zhuǎn)化效率很低，距離真正的商用化還有一段很長的時間。故如何將有機太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率提高成為了研究的熱點。
[0005]當光照射到太陽能電池的發(fā)電材料時，電子吸收光能從材料的HOMO能級躍遷到材料的LUMO能級。這時,無機材料形成Wannier激子,Wannier激子的束縛能為數(shù)個毫eV,依靠晶格振動便可將Wannier激子分離為自由載流子。有機材料形成的是Frenkle激子，F(xiàn)renkle激子的束縛能為0.3-1.0eV, Frenkle激子只有擴散到p_n結(jié)界面，借助于異質(zhì)結(jié)處形成的內(nèi)建電場來分離出自由的電子和空穴。電子進入n型材料，空穴進入p型材料，最終分別到達陰極和陽極。
[0006]在形成晶體時，無機材料間形成的是共價鍵，有機材料形成的是分子間作用力即范德華爾斯力，共價鍵可以牢固的結(jié)合，但范德華爾斯力相對很弱，因此，無機材料可以形成較大體積的晶體，而有機材料形成的是局域態(tài)的分子集團。結(jié)果就是，有機材料不會形成像無機材料那樣連續(xù)的能帶。這樣有機材料中載流子以一種跳躍的方式(hopping)傳遞。這就導致了有機材料載流子遷移率比無機材料低很多，也是最終導致有機太陽能電池轉(zhuǎn)化效率低的原因之一。[0007]另外一個導致有機太陽能電池轉(zhuǎn)化效率低的原因是:在光照形成激子后，激子在異質(zhì)結(jié)界面處分離效率很低。原因主要是異質(zhì)結(jié)界面的內(nèi)建電場很弱，不足以使Frenkle激子(束縛能為0.3-1.0eV)分離，所以如果能改善異質(zhì)結(jié)兩邊的電荷分布，增加內(nèi)建電場，就能提聞激子的分尚效率，并最終在一定程度上提聞有機太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明目的在于如何提供一種金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池及其制備方法，解決異質(zhì)結(jié)界面的內(nèi)建電場很弱而導致有機太陽能電池轉(zhuǎn)化效率低的技術(shù)問題。該金屬網(wǎng)層與N型受體材料層形成局部肖特基結(jié)，在原有的異質(zhì)結(jié)基礎(chǔ)上，從而形成雙內(nèi)建電場，增加了異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)厚度，進而提升了光生激子的分離效率，最終提高有機太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率。
[0009]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池，包括透明襯底、透明陽極電極、空穴傳輸層、給體材料層、受體材料層、電子緩沖層和陰極電極，其特征在于，所述給體材料層與受體材料層之間設(shè)置有超薄金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)層，所述超薄金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)層與給體材料層和受體材料層的接觸，形成階梯式電荷的擴散通道。這樣有利于電子擴散到給體材料層和空穴擴散到受體材料層，最終形成了雙內(nèi)建電場，提高了光生激子在給體材料和受體材料接觸界面的分離效率。
[0010]本發(fā)明所提供的金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池，其特征在于所述超薄金屬網(wǎng)狀層的厚度為0.3nm-10nm。
[0011]本發(fā)明所提供的金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池，其特征在于，所述受體材料層的材料為有機n型材料，電子為多數(shù)載流子，其材料為富勒烯衍生物或其他受體材料(如BBL (梯形聚合物))和含芘酰亞胺聚合物材料)。
[0012]本發(fā)明所提供的金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池，其特征在于，所述空穴傳輸層為有機導電聚合物薄膜或金屬氧化物薄膜，其中有機導電聚合物薄膜為聚(3，4-乙撐二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸鹽PED0T:PSS或聚苯胺PANI類有機導電聚合物薄膜，金屬氧化物薄膜為氧化鑰薄膜或氧化鎳薄膜；所述電子緩沖層是金屬有機配合物，為吡啶類、鄰菲咯啉類、噁二唑類或咪唑類化合物材料中的一種材料，其中金屬有機配合物包括8-羥基喹啉鋁或二(2-甲基-8-喹啉并)-4-(苯基苯酚)鋁，吡啶類化合物包括三[2，4，6-三甲基-3-(吡啶-3-yl)苯基]-硼烷，鄰菲咯啉類化合物包括2，9- 二甲基-4，7-聯(lián)苯-1，10-鄰二氮雜菲或者4，7-聯(lián)苯-1，10-鄰二氮雜菲，噁二唑類化合物材料是2-(4-二苯基)-5- (4-叔丁苯基)-1, 3，4-噁二唑或1，3- 二 [ (4-三元胺-丁基苯基)-1, 3，4-重氮基酸-5-yl]苯，咪唑類化合物材料是1，3，5-三(N-苯基-苯并咪唑-2)苯。
[0013]本發(fā)明所提供的金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池，其特征在于，所述透明襯底為玻璃或者柔性基片或者金屬片或金屬箔片；所述透明陽極電極是金屬氧化物薄膜如IT0;所述陰極電極為鋰、鎂、鈣、鍶、鋁或銦或它們組合形成的合金。
[0014]本發(fā)明還提供的金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
①先對襯底進行徹底的清洗，清洗后干燥； ②在襯底表面形成陽極；
③在陽極上形成一層空穴傳輸層；
④在空穴傳輸層上形成一層給體材料；
⑤在給體材料層上形成網(wǎng)狀的連續(xù)的超薄膜層；
⑥在超薄膜層和給體材料層上形成一層受體材料層；
⑦在受體材料層上形成一層電子緩沖層；
⑧在電子緩沖層上形成陰極。
[0015]本發(fā)明還提供的金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池的制備方法，所述陽極、陰極是通過真空熱蒸鍍、磁控濺射、等離子體增強的化學氣相沉積、絲網(wǎng)印刷或打印中的一種方法制備。
[0016]本發(fā)明所提供的金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述空穴傳輸層、給體材料層、超薄膜層、受體材料層和電子緩沖層通過等離子體增強的化學氣相沉積、熱氧化、旋涂、真空蒸鍍、旋涂、滴膜、壓印、印刷或氣噴中的一種方法制備。
[0017]本發(fā)明所提供的金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池的制備方法，由于金屬材料的HOMO，LUMO能級與給體材料p型和受體材料n型的匹配，這樣,在沒有金屬材質(zhì)形成的金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的情況下，n型材料的多數(shù)載流子電子在擴散到p型材料時，電子要跨越的勢壘為從n型材料的LUMO能級到p型材料的LUMO能級，這是一個相對較高的勢壘。同時，P型材料的多數(shù)載流子空穴在擴散到n型材料時，空穴要跨越的勢壘為p型材料的HOMO能級到n型材料的HOMO能級,這也是一個相對較高的勢魚。在有金屬材質(zhì)形成的金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的情況下，該金屬網(wǎng)層可以與N型受體材料層形成局部肖特基結(jié)，在原有的異質(zhì)結(jié)基礎(chǔ)上,形成雙內(nèi)建電場,使內(nèi)建電場強度增加,有利于電子從n型材料階梯性擴散到p型材料，和空穴從P型材料擴散到n型材料，增加了異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)厚度，與此同時，由于金屬材料和n型材料在能級上的特殊匹配，金屬材料有較強的電子親和力，于是在n型材料的靠近金屬材料的界面上會積累大量的電子，從而將n型材料的能級拉低，由于金屬材料的HOMO在金屬材料和n型材料界面處拉高，n型材料的LUMO能級在金屬材料和n型材料的界面處拉低，且金屬材料的HOMO和n型材料的LUMO相差較小，會發(fā)生金屬材料的HOMO到n型材料的LUMO的遂穿，即電子和空穴的復合，從另一個角度看是電子和空穴分別擴散到了對方材料中，整體來看就是，電子和空穴不在需要消耗自身能量跨過一個較高的勢壘，借助于金屬材質(zhì)形成的基于肖特基結(jié)的金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)，利用電子和空穴的復合力引起的遂穿，便可跨過這個勢壘。為p型和n型有機材料提供一條多數(shù)載流子的擴散通道，從而使p型材料的空穴更容易的擴散到n型材料，n型材料的電子更容易的擴散到p型材料。這樣，異質(zhì)結(jié)兩側(cè)的電荷密度增加，使內(nèi)建電場強度增加，從而使光生激子在異質(zhì)結(jié)處更有效的分離，并最終提聞了有機太陽能的轉(zhuǎn)化效率。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果表現(xiàn)在:
一、利用復合型金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)，形成n型和p型材料多數(shù)載流子的擴散層，改善了異質(zhì)結(jié)兩側(cè)的電荷分布，形成了雙重內(nèi)建電場，從而可以提高激子的分離效率，提高了有機太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率。
[0019]二、設(shè)置的超薄金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)層形成了一條多數(shù)載流子擴散通道，便于p型材料的空穴擴散進入n型材料，和n型材料的電子擴散進入p型材料。[0020]三、將肖特基結(jié)的電場與異質(zhì)結(jié)相疊加，形成了雙重內(nèi)建電場結(jié)構(gòu)，增加了異質(zhì)結(jié)兩側(cè)的電荷密度，從而增加內(nèi)建電場的強度，提高了光生激子的分離效率。
[0021]四、此裝置可外接冷卻系統(tǒng)，由于超薄金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)層不僅與N型受體材料層形成局部肖特基結(jié)，還具有良好的導熱性，從而外接冷卻系統(tǒng)后可降低裝置溫度，有利于提升太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為金屬網(wǎng)嵌套層俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為給體材料層、金屬材料層和受體材料層能級匹配示意圖；
圖4為本發(fā)明的理想模型；
附圖標記為:1為透明襯底，2為透明陽極電極，3為空穴傳輸層，4為給體材料層，5為超薄網(wǎng)狀金屬層，6為受體材料層，7為電子緩沖層，8為陰極電極。
【具體實施方式】
[0023]下面將結(jié)合附圖及【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的描述。
[0024]本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種基于肖特基結(jié)的復合型金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池，如圖1所示，器件結(jié)構(gòu)包括透明襯底(1)，透明陽極電極(2)，空穴傳輸層(3)，給體材料層(4)，超薄網(wǎng)狀金屬層(5)，受體材料層(6)，電子緩沖層(7)，陰極電極(8)。
[0025]本發(fā)明中的透明襯底I是整個器件的支撐，并且至少在可見光頻率范圍內(nèi)有高的透過率，具有一定防水汽和氧氣滲透的作用，表面的平整度較高，它可以是玻璃、柔性基片、金屬片或金屬箔片。透明陽極電極(2)的材料是無機金屬氧化物(如氧化銦錫IT0，氧化鋅ZnO等)。材料要求至少在可見光頻率范圍內(nèi)有高的透過率，材料的導電性高，且有較高的功函數(shù)?？昭▊鬏攲?3)的材料為有機導電聚合物薄膜或金屬氧化物薄膜，其中有機導電聚合物薄膜為PEDOT:PSS或PANI類有機導電聚合物薄膜，金屬氧化物薄膜為氧化鑰薄膜或氧化鎳薄膜；要求至少在可見光頻率范圍內(nèi)有高的透過率，材料的導電性高，材料的有較高的功函數(shù)。給體材料層4是一種有機p型材料，有較窄的能隙，可以在可見光照射時產(chǎn)生激子，給體材料為聚-3己基噻吩、聚(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1，4_亞苯基乙撐)、聚[[9-(1-辛基壬基)-9H-咔唑-2，7- 二基]-2，5-噻吩二基_2，I, 3-苯并噻二唑-4，7- 二基-2，5-噻吩二基]，酞菁鋅、酞菁銅或其他聚苯乙烯撐系列材料、聚噻吩系列材料和基于芳環(huán)并噻二唑基團的給體材料。受體材料層6是一種有機n型材料，具有較高的電子濃度，具有較高的載流子遷移率，受體材料為富勒烯衍生物或其他受體材料(如BBL、PTPTB和含芘酰亞胺聚合物材料)。制成所述超薄網(wǎng)狀金屬層5的金屬材料的LUMO能級低于n型材料的LUMO能級,金屬材料的HOMO能級高于或等于n型材料的HOMO能級。金屬材料為Ag, An等。電子緩沖層7可以是金屬有機配合物，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，其中金屬有機配合物包括8-羥基喹啉鋁或二(2-甲基-8-喹啉并)-4-(苯基苯酚)鋁，吡啶類化合物包括三[2，4，6-三甲基-3-(吡啶-3-yl)苯基]-硼烷，鄰菲咯啉類化合物包括2，9- 二甲基-4，7-聯(lián)苯-1，10-鄰二氮雜菲或者4，7-聯(lián)苯-1，10-鄰二氮雜菲，噁二唑類電子傳輸材料是2- (4- 二苯基)-5- (4-叔丁苯基)-1，3，4-噁二唑或1，3- 二[(4-三元胺-丁基苯基)-1, 3，4-重氮基酸-5-yl]苯，咪唑類電子傳輸材料是1，3，5-三(N-苯基-苯并咪唑-2)苯等。陰極電極(8)可以是鋰、鎂、鈣、鍶、鋁、銦或它們組合形成的合金。材料要求有良好的導電性,材料的功函數(shù)要低。
[0026]本發(fā)明中的陽極電極和陰極電極可以采用真空熱蒸鍍、磁控濺射、等離子體增強的化學氣相沉積、絲網(wǎng)印刷或打印中的一種方法制備。
[0027]本發(fā)明中的空穴傳輸層、給體材料層、超薄膜層、受體材料層和電子緩沖層可以采用離子體增強的化學氣相沉積、熱氧化、旋涂、真空蒸鍍、旋涂、滴膜、壓印、印刷或氣噴中的一種方法制備。
[0028]實施例1
器件結(jié)構(gòu)如圖1所示。器件各層的材料和厚度為:襯底I為玻璃，陽極電極2為IT0，厚度為180 nm,穴傳輸層3為酞菁銅CuPc和全氟酞菁銅F16CuPc的混合層,厚度為10 nm,給體材料為聚-3己基噻吩P3HT,厚度為30nm，超薄網(wǎng)狀金屬層為Ag，網(wǎng)狀屬層的厚度為lnm，受體材料為富勒烯衍生物PC61BM，厚度為40nm，電子緩沖層為4，7- 二苯基鄰菲羅啉Bphen，厚度為2.5nm,陰極為Ag,厚度為150nm。
[0029]其制備方法如下:
①對濺射好透明陽極電極ITO的玻璃襯底使用洗滌劑、丙酮溶液、去離子水和乙醇溶液超聲清洗，清洗后用干燥氮氣吹干；
②將上述ITO基片移入真空室，在25Pa的氣壓、氧氣和氬氣的環(huán)境下對ITO玻璃進行等離子處理5分鐘，濺射功率為20 W，之后冷卻15分鐘。
[0030]③將上述處理過后的基板置于勻漿機中，旋涂有機材料PEDOT:PSS，利用轉(zhuǎn)速和旋涂時間控制膜厚為30nm。然后在140°C下干燥10分鐘。
[0031]④將上述處理后的基片置于真空度大于lX10_5Pa的有機腔蒸發(fā)室中，開始進行有機薄膜的蒸鍍。將CuPc和F16CuPc按1:1的速率同時蒸鍍，厚度為10nm，蒸鍍速率0.1nm/s，蒸鍍速率及厚度由安裝在基片附近的晶振膜厚儀監(jiān)控。
[0032]5:采用離子濺射方法在受體材料表面蒸鍍Ag層，經(jīng)過500° C退火，在受體材料表
面形成分布均勻的Ag超薄金屬層
⑤將上述基片置于低真空的手套室中分別旋涂給體材料P3HT和受體材料PC61BM，利用轉(zhuǎn)速和旋涂時間控制膜厚為30nm和40nm，然后在70°C下干燥60分鐘。
[0033]⑥將上述基片置于置于真空度大于IXKT5Pa的有機腔蒸發(fā)室中，蒸鍍電子傳輸層材料Bphen，厚度為2.5nm，速率為0.lnm/s,蒸鍍速率及厚度由安裝在基片附近的晶振膜厚儀監(jiān)控。
[0034]⑦在上述有機薄膜制備完成后進行金屬電極的制備。蒸鍍氣壓為3X10_3 Pa，蒸鍍速率為I nm/s，電極材料為Ag，厚度為150nm，蒸鍍速率及厚度由安裝在基片附近的晶振膜厚儀監(jiān)控
實施例2
器件結(jié)構(gòu)如圖1所示。器件各層的材料和厚度為:襯底I為玻璃，陽極電極2為ITO，厚度為180 nm,空穴傳輸層3為酞菁銅CuPc和全氟酞菁銅F16CuPc的混合層,厚度為10 nm,給體材料為聚[[9-(1-辛基壬基)-9H-咔唑-2，7- 二基]-2，5-噻吩二基_2，I, 3-苯并噻二唑-4，7- 二基-2，5-噻吩二基](PCDTBT)，厚度為30nm，超薄網(wǎng)狀金屬層為Au，金屬層的厚度是lnm，受體材料為富勒烯衍生物PC71BM，厚度為40nm，電子緩沖層為4，7- 二苯基鄰菲羅啉(Bphen)，厚度為2.5nm,陰極為Ag，厚度為150nm。制備流程與實施例1相似。
[0035]實驗例3
器件結(jié)構(gòu)如圖1所示。器件各層的材料和厚度為:襯底I為玻璃，陽極電極2為IT0，厚度為180 nm,空穴傳輸層3為5，5’ -雙(4-聯(lián)苯基)-2，2’ - 二噻吩(BP2T)和全氟酞菁銅(F16CuPc)的混合層，厚度為10 nm，給體材料為聚-3己基噻吩(P3HT)，厚度為30nm，超薄金屬層為Pt，厚度為lnm，受體材料為富勒烯衍生物PC61BM，厚度為40nm，電子緩沖層為4，7-二苯基鄰菲羅啉(Bphen)，厚度為2.5nm,陰極為Ag，厚度為150nm。制備流程與實施例1相似。
[0036]實施例4
器件結(jié)構(gòu)如圖1所示。器件各層的材料和厚度為:襯底I為玻璃，陽極電極2為IT0，厚度為180 nm,空穴傳輸層3為5，5’ -雙(4-聯(lián)苯基)-2，2’ - 二噻吩(BP2T)和全氟酞菁銅(F16CuPc)的混合層，厚度為10 nm，給體材料為聚[[9-(1-辛基壬基)-9H-咔唑-2，7-二基]-2，5-噻吩二基-2，I, 3-苯并噻二唑-4，7- 二基-2，5-噻吩二基](PCDTBT)，厚度為30nm，超薄金屬層為Al，厚度為lnm，受體材料為富勒烯衍生物PC61BM，厚度為40nm，電子緩沖層為4，7- 二苯基鄰菲羅啉(Bphen)，厚度為2.5nm,陰極為Ag，厚度為150nm。制備流程與實施例1相似。
【權(quán)利要求】
1.金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池，包括透明襯底、透明陽極電極、空穴傳輸層、給體材料層、受體材料層、電子緩沖層和陰極電極，其特征在于，所述給體材料層與受體材料層之間設(shè)置有超薄金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)層，所述超薄金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)層與給體材料層和受體材料層的接觸，形成電荷的擴散通道。這樣有利于電子擴散到給體材料層和空穴擴散到受體材料層，最終形成了雙內(nèi)建電場，提高了光生激子在給體材料和受體材料接觸界面的分離效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池，其特征在于，所述超薄金屬網(wǎng)狀層的厚度為0.3nm-10nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池，其特征在于，所述受體材料層的材料為有機n型材料，電子為多數(shù)載流子，其材料為富勒烯衍生物或其他受體材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池，其特征在于，所述空穴傳輸層為有機導電聚合物薄膜或金屬氧化物薄膜，其中有機導電聚合物薄膜為聚(3,4-乙撐二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸鹽PEDOT:PSS或聚苯胺PANI類有機導電聚合物薄膜，金屬氧化物薄膜為氧化鑰薄膜或氧化鎳薄膜；所述電子緩沖層是金屬有機配合物，為吡啶類、鄰菲咯啉類、噁二唑類或咪唑類化合物材料中的一種材料，其中金屬有機配合物包括8-羥基喹啉鋁或二(2-甲基-8-喹啉并)-4-(苯基苯酚)鋁，吡啶類化合物包括三[2，4，6-三甲基-3-(吡啶-3-yl)苯基]-硼烷，鄰菲咯啉類化合物包括2，9- 二甲基_4，7-聯(lián)苯-1，10-鄰二氮雜菲或者4，7-聯(lián)苯-1，10-鄰二氮雜菲，噁二唑類化合物材料是2-(4- 二苯基)-5- (4-叔丁苯基)-1, 3，4-噁二唑或1，3- 二 [ (4-三元胺-丁基苯基)-1, 3，4-重氮基酸-5-yl]苯，咪唑類化合物材料是1，3，5-三(N-苯基-苯并咪唑-2)苯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池，其特征在于，所述透明襯底是玻璃或者柔性基片或者金屬片或金屬箔片；所述透明陽極電極是金屬氧化物薄膜如ITO ;所述陰極電極為鋰、鎂、鈣、鍶、鋁或銦或它們組合形成的合金。
6.所述金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: ①先對襯底進行徹底的清洗，清洗后干燥； ②在襯底表面形成陽極； ③在陽極上形成一層空穴傳輸層； ④在空穴傳輸層上形成一層給體材料； ⑤在給體材料層上形成網(wǎng)狀的連續(xù)的超薄膜層； ⑥在超薄膜層和給體材料層上形成一層受體材料層； ⑦在受體材料層上形成一層電子緩沖層； ⑧在電子緩沖層上形成陰極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述陽極、陰極是通過真空熱蒸鍍、磁控濺射、等離子體增強的化學氣相沉積、絲網(wǎng)印刷或打印中的一種方法制備。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬網(wǎng)嵌套異質(zhì)結(jié)的有機太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述空穴傳輸層、給體材料層、超薄膜層、受體材料層和電子緩沖層通過等離子體增強的化學氣相沉積、熱氧化、旋涂、真空蒸鍍、旋涂、滴膜、壓印、印刷或氣噴中的一種方法制備。
【文檔編號】H01L51/48GK103606627SQ201310650362
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】鐘建, 秦春偉, 杜新煒, 趙志宇, 鄧鳴, 于軍勝 申請人:電子科技大學