有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池的中間連接層及構(gòu)成的高效太陽(yáng)電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池的中間連接層及構(gòu)成的高效太陽(yáng)電池。中間連接層的空穴傳輸層和電子傳輸層之間還包含有一層功函數(shù)介于空穴傳輸層和電子傳輸層之間的中間金屬電極層，中間金屬電極層的厚度為2-20nm，并由中間連接層的上下分別排布前亞電池和背亞電池構(gòu)成太陽(yáng)電池。本發(fā)明一方面可以有效收集來(lái)自亞電池的電荷并有效復(fù)合，另一方面可以調(diào)整光場(chǎng)在器件中的分布，從而平衡兩個(gè)亞電池的短路電流，同時(shí)形成較強(qiáng)的光學(xué)微區(qū)效應(yīng)，使器件對(duì)光的利用率提高。
【專利說(shuō)明】有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池的中間連接層及構(gòu)成的高效太陽(yáng)電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種中間連接層及太陽(yáng)電池，尤其是涉及一種有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池的中間連接層及構(gòu)成的高效太陽(yáng)電池。

【背景技術(shù)】
[0002]有機(jī)疊層太陽(yáng)電池器件相對(duì)于單結(jié)太陽(yáng)電池器件有更高的光電轉(zhuǎn)換效率。在這種結(jié)構(gòu)中，中間連接層是關(guān)鍵。目前，聚3，4_乙撐二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸鹽(PED0T:PSS)/氧化鋅是最常用的中間連接層(Nat.Comm.,4, 2013, 1446)，然而由于PEDOT:PSS具有酸性和一定光吸收，從而導(dǎo)致器件不穩(wěn)定和光損失。同時(shí)，水性的PEDOT:PSS必須經(jīng)過(guò)修飾處理才能夠在親油性的光敏層表面形成較好的薄膜。而基于超薄金屬的中間層中(Green, I, 2011, 65 - 80),由于缺少合適的電子或空穴傳輸層，因此基于超薄金屬中間層的串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池器件不能達(dá)到較高的光電轉(zhuǎn)換效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決【背景技術(shù)】中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提出了一種有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池的中間連接層及構(gòu)成的高效太陽(yáng)電池。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0005]一、一種有機(jī)串聯(lián)疊層電池的中間連接層
[0006]中間連接層包括從下而上排布的空穴傳輸層和電子傳輸層，空穴傳輸層和電子傳輸層之間還包含有一層功函數(shù)介于空穴傳輸層和電子傳輸層之間的中間金屬電極層，中間金屬電極層的厚度為2-20nm，所述中間連接層形成臺(tái)階式能級(jí)結(jié)構(gòu)，通過(guò)中間金屬電極層促進(jìn)空穴傳輸層和電子傳輸層收集后的電子和空穴的復(fù)合，并通過(guò)該中間金屬電極層改變光場(chǎng)在太陽(yáng)電池中的分布，形成光學(xué)微區(qū)效應(yīng)增加光的吸收。
[0007]所述的空穴傳輸層為氧化鑰、氧化鎢、氧化鎳或者五氧化二釩。
[0008]所述的中間金屬電極層為銀、金、銅或者鋁。
[0009]所述的電子傳輸層為氧化鋅、氧化鈦、(9，9_雙(3’ -(N，N_ 二甲基氨基)丙基)-2，7-芴)-2，7-(9, 9- 二辛基芴)交替共聚物或者被乙氧基化的聚乙烯亞胺。
[0010]二、一種高效太陽(yáng)電池
[0011]串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池器件包括從下而上排布的前亞電池、中間連接層和背亞電池，中間連接層包括從下而上排布的空穴傳輸層和電子傳輸層；中間連接層中的空穴傳輸層和電子傳輸層之間包含有一層功函數(shù)介于空穴傳輸層和電子傳輸層之間的中間金屬電極層，該中間金屬電極層的厚度為2-20nm，中間連接層形成臺(tái)階式能級(jí)結(jié)構(gòu)，通過(guò)中間金屬電極層促進(jìn)中間連接層中的空穴傳輸層和電子傳輸層收集后的電子和空穴的復(fù)合，并通過(guò)該中間金屬電極層改變光場(chǎng)在太陽(yáng)電池中的分布，形成光學(xué)微區(qū)效應(yīng)增加光的吸收。
[0012]所述的中間連接層的空穴傳輸層為氧化鑰、氧化鎢、氧化鎳或者五氧化二釩。
[0013]所述的中間連接層的中間金屬電極層的材料為銀、金、銅或者鋁。
[0014]所述中間連接層的電子傳輸層的材料為氧化鋅、氧化鈦、(9，9-雙(3’_(N，N- 二甲基氨基)丙基)_2，7-芴)-2，7-(9，9-二辛基芴)交替共聚物或者被乙氧基化的聚乙烯亞胺。
[0015]所述的前亞電池包括從下而上排布的基底、透明導(dǎo)電電極層、電子傳輸層和光敏層，基底為玻璃、石英、聚酯薄膜，透明導(dǎo)電電極層為氧化銦錫，前亞電池的電子傳輸層為氧化鋅、氧化鈦、(9，9-雙(3’-(N，N-二甲基氨基)丙基)_2，7-芴)-2，7_(9，9_ 二辛基芴)交替共聚物或者被乙氧基化的聚乙烯亞胺，該聚乙烯亞胺中的80%被乙氧基化，光敏層為寬帶隙的電子給體和電子受體復(fù)合薄膜，其中電子給體的禁帶寬度為1.5-2.2eV范圍，電子給體為聚3-己基噻吩、苯并二茚噻吩-喹喔啉交替共聚物或者環(huán)芴雙噻吩和苯并噻二唑交替共聚物，電子受體為富勒烯衍生物，富勒烯衍生物為[6，6]-苯基C61 丁酸甲酯、[6，6]-苯基C71 丁酸甲酯、雙茚加成C6tl富勒烯或者雙茚加成C7tl富勒烯。
[0016]所述的背亞電池包括從下而上排布的光敏層、空穴傳輸層和金屬電極層，光敏層為窄帶隙的電子給體和電子受體復(fù)合薄膜，其中電子給體的禁帶寬度在1.1-2.0eV范圍，電子給體為苯并雙噻吩與噻吩并[3，4_b]噻吩交替共聚物或者環(huán)芴雙噻吩和苯并噻二唑交替共聚物，電子受體為富勒烯衍生物，富勒烯衍生物為[6，6]-苯基C61 丁酸甲酯、[6，6]-苯基C71 丁酸甲酯、雙茚加成C6tl富勒烯或者雙茚加成C7tl富勒烯，背亞電池的空穴傳輸層為氧化鑰、氧化鎳、五氧化二釩或者氧化鎢，背亞電池的金屬電極層為銀、鋁、金或者銅。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:
[0018]本發(fā)明設(shè)計(jì)的中間連接層，一方面可以有效收集來(lái)自亞電池的電荷并有效復(fù)合，另一方面可以調(diào)整光場(chǎng)在器件中的分布，從而平衡兩個(gè)亞電池的短路電流，同時(shí)形成較強(qiáng)的光學(xué)微區(qū)效應(yīng)，使器件對(duì)光的利用率提高。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明的有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池器件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池器的中間連接層各層X(jué)射線光電子能譜。
[0021]圖3是本發(fā)明實(shí)施例2的串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池中間連接層的光學(xué)性質(zhì)。
[0022]圖4是本發(fā)明實(shí)施例7和18中的串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池器件1-V曲線圖。
[0023]圖5是本發(fā)明實(shí)施例7的串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池器件外量子效率譜。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明的中間連接層包括從下而上排布的空穴傳輸層和電子傳輸層，其特征在于:空穴傳輸層和電子傳輸層之間包含有一層功函數(shù)介于空穴傳輸層和電子傳輸層之間的中間金屬電極層，中間金屬電極層的厚度為2-20nm，該中間連接層形成臺(tái)階式能級(jí)結(jié)構(gòu)，通過(guò)中間金屬電極層促進(jìn)中間連接層中的空穴傳輸層和電子傳輸層收集后的電子和空穴的復(fù)合，并通過(guò)該中間金屬電極層改變光場(chǎng)在太陽(yáng)電池中的分布，形成光學(xué)微區(qū)效應(yīng)增加光的吸收。
[0026]具體地來(lái)講，本發(fā)明通過(guò)空穴傳輸層促進(jìn)其連接的亞電池中的空穴收集，通過(guò)電子傳輸層促進(jìn)亞電池中的電子收集，并通過(guò)中間金屬電極層促進(jìn)空穴傳輸層和電子傳輸層收集后的電子和空穴的復(fù)合。
[0027]優(yōu)選的中間連接層的空穴傳輸層為氧化鑰、氧化鎢、氧化鎳或者五氧化二釩。
[0028]優(yōu)選的中間連接層的中間金屬電極層的材料為銀、金、銅或者鋁。
[0029]優(yōu)選的中間連接層的電子傳輸層為氧化鋅、氧化鈦、醇溶性的胺基取代的聚芴衍生物或者被乙氧基化的聚乙烯亞胺，醇溶性的胺基取代的聚芴衍生物為(9，9 -雙(3’ -(N，N-二甲基氨基)丙基)-2，7_芴)-2，7-(9，9_ 二辛基芴)交替共聚物(poIy[ (9,9-bis (3 1 -(N, N-dimethylamino)propyl)-2, 7-fluorene)-alt-2, 7- (9,9 -d1ctylfluorene)]，英文簡(jiǎn)稱為PFN)，被乙氧基化的聚乙烯亞胺中的80 %被乙氧基化(polyethyleni mine 80% ethoxylated,英文簡(jiǎn)稱 PEIE)。
[0030]本發(fā)明的高效有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池，包括從下而上排布的前亞電池、中間連接層和背亞電池，前亞電池包括從下而上排布的基底、透明導(dǎo)電電極層、電子傳輸層和光敏層，中間連接層包括從下而上排布的空穴傳輸層和電子傳輸層，背亞電池包括從下而上排布的光敏層、空穴傳輸層和金屬電極層。
[0031]中間連接層中的空穴傳輸層和電子傳輸層之間包含有一層功函數(shù)介于空穴傳輸層和電子傳輸層之間的中間金屬電極層，該中間金屬電極層的厚度為2-20nm，中間連接層形成臺(tái)階式能級(jí)結(jié)構(gòu)，通過(guò)中間金屬電極層促進(jìn)中間連接層中的空穴傳輸層和電子傳輸層收集后的電子和空穴的復(fù)合，并通過(guò)該中間金屬電極層改變光場(chǎng)在太陽(yáng)電池中的分布，形成光學(xué)微區(qū)效應(yīng)增加光的吸收。
[0032]優(yōu)選的中間連接層的空穴傳輸層的材料為氧化鑰、氧化鎢、氧化鎳或者五氧化二?凡。
[0033]優(yōu)選的中間連接層的中間金屬電極層的材料為銀、金、銅或者鋁。
[0034]優(yōu)選的中間連接層的電子傳輸層的材料為氧化鋅、氧化鈦、PFN或者PEIE。
[0035]前亞電池包括從下而上排布的基底、透明導(dǎo)電電極層、電子傳輸層和光敏層，優(yōu)選的基底為玻璃、石英、聚酯薄膜，透明導(dǎo)電電極層為氧化銦錫(ITO)，優(yōu)選的前亞電池的電子傳輸層的材料為氧化鋅、氧化鈦、PFN或者PEIE。優(yōu)選的光敏層為寬帶隙的電子給體和電子受體復(fù)合薄膜，其中電子給體的禁帶寬度為1.5-2.2eV范圍，優(yōu)選的電子給體為電子給體為聚3-己基噻吩(P3HT)、苯并二茚噻吩-喹喔啉交替共聚物(PIDT-PhanQ)或者環(huán)芴雙噻吩和苯并噻二唑交替共聚物(PCPDTBT)，優(yōu)選的電子受體為富勒烯衍生物，富勒烯衍生物為[6，6]-苯基C61 丁酸甲酯(PC61BM)、[6，6]-苯基C71 丁酸甲酯(PC71BM)、雙茚加成C60富勒烯(IC60BA)或者雙茚加成C7tl(IC7tlBA)富勒烯。
[0036]背亞電池包括從下而上排布的光敏層、空穴傳輸層和金屬電極層，優(yōu)選的光敏層為窄帶隙的電子給體和電子受體復(fù)合薄膜，其中優(yōu)選的電子給體的禁帶寬度在1.1-2.0eV范圍，優(yōu)選的電子給體為苯并雙噻吩與噻吩并[3，4_b]噻吩交替共聚物(PTB-7)或者PCPDTBT，優(yōu)選的電子受體為富勒烯衍生物，富勒烯衍生物為PC61BM、PC71BM, IC6tlBA或者(IC70BA)，優(yōu)選的背亞電池的空穴傳輸層為氧化鑰、氧化鎳、五氧化二釩或者氧化鎢，優(yōu)選的背亞電池的金屬電極層為銀、鋁、金或者銅。
[0037]本發(fā)明的中間連接層，應(yīng)用到了串聯(lián)疊層電池中。該結(jié)構(gòu)包含一層用于收集空穴的高功函數(shù)空穴傳輸層和一層用于收集電子的低功函數(shù)電子傳輸層，同時(shí)兩層之間引入了一層功函數(shù)介于兩者之間的金屬電極層。
[0038]本發(fā)明中間連接層的功函數(shù)可以有效收集來(lái)自兩個(gè)亞電池的電荷，同時(shí)形成了臺(tái)階式能級(jí)結(jié)構(gòu)，加上中間金屬電極較高的電導(dǎo)率，因此可以有效促進(jìn)電荷的復(fù)合。低功函數(shù)的電子傳輸層和高功函數(shù)空穴傳輸層可以有效收集來(lái)自于亞電池的電子和空穴，同時(shí)由于臺(tái)階式能級(jí)結(jié)構(gòu)的形成以及中間金屬電極層的高電導(dǎo)性，因而可以實(shí)現(xiàn)來(lái)自光敏層的電子與來(lái)自光敏層的空穴的有效復(fù)合。
[0039]另外，由于中間金屬電極較強(qiáng)的反射性，可以有效改變光場(chǎng)在器件中的分布，從而增加器件對(duì)光的吸收利用率，達(dá)到平衡并提高亞電池的短路電流密度的目的。中間金屬電極層可以用于調(diào)控光場(chǎng)在器件中的分布，從而實(shí)現(xiàn)前亞電池和背亞電池短路電流密度的平衡。
[0040]本發(fā)明的實(shí)施例如下:
[0041]實(shí)施例1:
[0042]在ITO玻璃基底上沉積1nm氧化鑰和12nm銀。隨后旋涂1nm的PFN薄膜。該結(jié)構(gòu)具有較好的電學(xué)特性，方塊電阻8 Ω / 口，功函數(shù)見(jiàn)圖2。
[0043]圖2中，A表示ITO基底，B表示ITO基底沉積1nm氧化鑰，C表示ITO基底沉積1nm氧化鑰和14nm銀，D表示ITO基底沉積1nm氧化鑰、14nm銀和1nm PFN, E表示ITO基底沉積1nm氧化鑰和1nm PFN, F表示ITO基底沉積1nm PFN薄膜。由此看出該中間連接層兩側(cè)具有不同的功函數(shù)，可以和前亞電池、背亞電池分別形成良好的空穴、電子歐姆接觸，從而形成良好的連接作用。同時(shí)中間連接層氧化鑰/銀/PFN之間形成臺(tái)階式能級(jí)結(jié)構(gòu)，有利于電子和空穴的復(fù)合。
[0044]實(shí)施例2:
[0045]在玻璃基底上沉積1nm氧化鑰、12nm銀和1nm PFN薄膜，該結(jié)構(gòu)具有反射性，其光學(xué)性質(zhì)如圖3所示，A表示透過(guò)率曲線，B表示反射率曲線，由此看出該中間連接層具有較強(qiáng)的反射性，同時(shí)由于中間連接層本征吸收造成的光損失很弱。這說(shuō)明了該中間層具有調(diào)制光場(chǎng)在器件中分布的可能性，同時(shí)該中間連接層可以作為有效的連接層用到器件中。
[0046]實(shí)施例3:
[0047]將覆蓋有ITO的玻璃基底依次用洗滌劑、異丙醇、乙醇、丙酮超聲洗滌15分鐘，經(jīng)紫外-臭氧處理后，采用溶液旋涂的方法制備厚度為20-40nm的氧化鋅電子傳輸層，然后在上面旋涂60nm左右的苯并二茚噻吩-喹喔啉交替共聚物(PIDT-PhanQ) =PC71BM光敏層，并在120°C的熱臺(tái)上退火5分鐘，形成前亞電池。
[0048]沉積1nm左右氧化鑰和4nm銀，隨后旋涂1nm左右的PFN薄膜形成中間連接層。
[0049]最后旋涂80nm的PTB-7 =PC71BM薄膜光敏層，沉積1nm氧化鑰空穴傳輸層和10nm銀電極，形成背亞電池。得到如圖1所示的有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池，其光電轉(zhuǎn)換效率為
8.6%。
[0050]實(shí)施例4:
[0051]將覆蓋有ITO的玻璃基底依次用洗滌劑、異丙醇、乙醇、丙酮超聲洗滌15分鐘，經(jīng)紫外-臭氧處理后，采用溶液旋涂的方法制備厚度為20-40nm的氧化鋅電子傳輸層，然后在上面旋涂60nm左右的PIDT-PhanQ =PC71BM光敏層，并在120°C的熱臺(tái)上退火5分鐘，形成前亞電池。
[0052]沉積1nm左右氧化鑰和6nm銀，隨后旋涂1nm左右的PFN薄膜形成中間連接層。
[0053]最后旋涂80nm的PTB-7 =PC71BM薄膜光敏層，沉積1nm氧化鑰空穴傳輸層和10nm銀電極，形成背亞電池。得到如圖1所示的有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池，其光電轉(zhuǎn)換效率為9.2%。
[0054]實(shí)施例5:
[0055]將覆蓋有ITO的玻璃基底依次用洗滌劑、異丙醇、乙醇、丙酮超聲洗滌15分鐘，經(jīng)紫外-臭氧處理后，采用溶液旋涂的方法制備厚度為20-40nm的氧化鋅電子傳輸層，然后在上面旋涂60nm左右的苯并二茚噻吩-喹喔啉交替共聚物(PIDT-PhanQ) =PC71BM光敏層，并在120°C的熱臺(tái)上退火5分鐘，形成前亞電池。
[0056]沉積1nm左右氧化鑰和8nm銀，隨后旋涂1nm左右的PFN薄膜形成中間連接層。
[0057]最后旋涂80nm的PTB-7 =PC71BM薄膜光敏層，沉積1nm氧化鑰空穴傳輸層和10nm銀電極，形成背亞電池。得到如圖1所示的有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池，其光電轉(zhuǎn)換效率為
9.8%。
[0058]實(shí)施例6:
[0059]將覆蓋有ITO的玻璃基底依次用洗滌劑、異丙醇、乙醇、丙酮超聲洗滌15分鐘，經(jīng)紫外-臭氧處理后，采用溶液旋涂的方法制備厚度為20-40nm的氧化鋅電子傳輸層，然后在上面旋涂60nm左右的苯并二茚噻吩-喹喔啉交替共聚物(PIDT-PhanQ) =PC71BM光敏層，并在120°C的熱臺(tái)上退火5分鐘，形成前亞電池。
[0060]沉積1nm左右氧化鑰和1nm銀，隨后旋涂1nm左右的PFN薄膜形成中間連接層。
[0061]最后旋涂80nm的PTB-7 =PC71BM薄膜光敏層，沉積1nm氧化鑰空穴傳輸層和10nm銀電極，形成背亞電池。得到如圖1所示的有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池，其光電轉(zhuǎn)換效率為
10.4%。
[0062]實(shí)施例7:
[0063]將覆蓋有ITO的玻璃基底依次用洗滌劑、異丙醇、乙醇、丙酮超聲洗滌15分鐘，經(jīng)紫外-臭氧處理后，采用溶液旋涂的方法制備厚度為20-40nm的氧化鋅電子傳輸層，然后在上面旋涂60nm左右的苯并二茚噻吩-喹喔啉交替共聚物(PIDT-PhanQ) =PC71BM光敏層，并在120°C的熱臺(tái)上退火5分鐘，形成前亞電池。
[0064]沉積1nm左右氧化鑰和12nm銀，隨后旋涂1nm左右的PFN薄膜形成中間連接層。
[0065]最后旋涂80nm的PTB-7 =PC71BM薄膜光敏層，沉積1nm氧化鑰空穴傳輸層和10nm銀電極，形成背亞電池。得到如圖1所示的有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池，其光電轉(zhuǎn)換效率為
11.0%。其1-V曲線如圖4中的A曲線所示,外量子效率譜如圖5所示。
[0066]通過(guò)圖4可以看出該電池表現(xiàn)出了良好的1-V特性曲線，其中開(kāi)路電壓為前亞電池和背亞電池開(kāi)路電壓的疊加，說(shuō)明了該中間連接層具有良好的電學(xué)接觸特性。同時(shí)，短路電流密度高達(dá)9.9毫安每平方厘米，說(shuō)明了本發(fā)明中的串聯(lián)疊層器件結(jié)構(gòu)具有良好的光利用率。
[0067]圖5中，A表示實(shí)施例7中前亞電池和背亞電池外量子效率譜的加和，即串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池器件實(shí)際的外量子效率譜，B表示實(shí)施例7中的前亞電池的外量子效率譜，C表示實(shí)施例7中的背亞電池的外量子效率譜，D表示實(shí)施例7中的測(cè)得串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池器件外量子效率譜。通過(guò)圖5可以看出前亞電池主要利用了 300到600nm的光波，而背電池主要吸收利用了 600到800nm的光波，吸收互補(bǔ)。曲線A中，外量子效率峰值可達(dá)90%以上，說(shuō)明該發(fā)明中的串聯(lián)疊層器件結(jié)構(gòu)具有良好的光利用率。
[0068]實(shí)施例8:
[0069]將覆蓋有ITO的玻璃基底依次用洗滌劑、異丙醇、乙醇、丙酮超聲洗滌15分鐘，經(jīng)紫外-臭氧處理后，采用溶液旋涂的方法制備厚度為20-40nm的氧化鋅電子傳輸層，然后在上面旋涂60nm左右的苯并二茚噻吩-喹喔啉交替共聚物(PIDT-PhanQ) =PC71BM光敏層，并在120°C的熱臺(tái)上退火5分鐘，形成前亞電池。
[0070]沉積1nm左右氧化鑰和14nm銀，隨后旋涂1nm左右的PFN薄膜形成中間連接層。
[0071]最后旋涂80nm的PTB-7 =PC71BM薄膜光敏層，沉積1nm氧化鑰空穴傳輸層和10nm銀電極，形成背亞電池。得到如圖1所示的有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池，其光電轉(zhuǎn)換效率為10.6%。
[0072]實(shí)施例9:
[0073]將覆蓋有ITO的玻璃基底依次用洗滌劑、異丙醇、乙醇、丙酮超聲洗滌15分鐘，經(jīng)紫外-臭氧處理后，采用溶液旋涂的方法制備厚度為20-40nm的氧化鋅電子傳輸層，然后在上面旋涂60nm左右的苯并二茚噻吩-喹喔啉交替共聚物(PIDT-PhanQ) =PC71BM光敏層，并在120°C的熱臺(tái)上退火5分鐘，形成前亞電池。
[0074]沉積1nm左右氧化鑰和16nm銀，隨后旋涂1nm左右的PFN薄膜形成中間連接層。
[0075]最后旋涂80nm的PTB-7 =PC71BM薄膜光敏層，沉積1nm氧化鑰空穴傳輸層和10nm銀電極，形成背亞電池。得到如圖1所示的有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池，其光電轉(zhuǎn)換效率為10.1%。
[0076]實(shí)施例10:
[0077]將覆蓋有ITO的玻璃基底依次用洗滌劑、異丙醇、乙醇、丙酮超聲洗滌15分鐘，經(jīng)紫外-臭氧處理后，采用溶液旋涂的方法制備厚度為20-40nm的氧化鋅電子傳輸層，然后在上面旋涂60nm左右的苯并二茚噻吩-喹喔啉交替共聚物(PIDT-PhanQ) =PC71BM光敏層，并在120°C的熱臺(tái)上退火5分鐘，形成前亞電池。
[0078]沉積1nm左右氧化鑰和18nm銀，隨后旋涂1nm左右的PFN薄膜形成中間連接層。
[0079]最后旋涂80nm的PTB-7 =PC71BM薄膜光敏層，沉積1nm氧化鑰空穴傳輸層和10nm銀電極，形成背亞電池。得到如圖1所示的有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池，其光電轉(zhuǎn)換效率為
9.2%。
[0080]實(shí)施例11:
[0081]將覆蓋有ITO的玻璃基底依次用洗滌劑、異丙醇、乙醇、丙酮超聲洗滌15分鐘，經(jīng)紫外-臭氧處理后，采用溶液旋涂的方法制備厚度為20-40nm的氧化鋅電子傳輸層，然后在上面旋涂60nm左右的苯并二茚噻吩-喹喔啉交替共聚物(PIDT-PhanQ) =PC71BM光敏層，并在120°C的熱臺(tái)上退火5分鐘，形成前亞電池。
[0082]沉積1nm左右氧化鑰和20nm銀，隨后旋涂1nm左右的PFN薄膜形成中間連接層。
[0083]最后旋涂80nm的PTB-7 =PC71BM薄膜光敏層，沉積1nm氧化鑰空穴傳輸層和10nm銀電極，形成背亞電池。得到如圖1所示的有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池，其光電轉(zhuǎn)換效率為8.4%。
[0084]實(shí)施例12:
[0085]將覆蓋有氧化銦錫的玻璃基底依次用洗滌劑、異丙醇、乙醇、丙酮超聲洗滌15分鐘，經(jīng)紫外-臭氧處理后，采用溶液旋涂的方法制備厚度為20-40nm的氧化鋅電子傳輸層I。在該襯底上面旋涂10nm左右的P3HT =IC6tlBA光敏層，并在120°C的熱臺(tái)上退火5分鐘，形成前亞電池。
[0086]沉積1nm左右氧化鑰和12nm銀。隨后旋涂1nm左右的PFN薄膜形成中間連接層。
[0087]最后旋涂80nm的PTB-7 =PC71BM薄膜光敏層，沉積1nm氧化鑰空穴傳輸層和10nm銀電極，形成背亞電池。得到如圖1所示的有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池，其光電轉(zhuǎn)換效率為
9.1%。
[0088]實(shí)施例14:
[0089]將覆蓋有氧化銦錫的玻璃基底依次用洗滌劑、異丙醇、乙醇、丙酮超聲洗滌15分鐘，經(jīng)紫外-臭氧處理后，采用溶液旋涂的方法制備厚度為20-40nm的氧化鋅電子傳輸層I。在該襯底上面旋涂60nm左右的PIDT-PhanQ =PC71BM光敏層-1，并在120°C的熱臺(tái)上退火5分鐘，形成前亞電池。
[0090]沉積1nm左右氧化鑰和12nm金。隨后旋涂1nm左右的PFN薄膜形成中間連接層。
[0091]最后旋涂80nm的PTB-7 =PC71BM薄膜光敏層，沉積1nm氧化鑰空穴傳輸層和10nm銀電極，形成背亞電池。得到如圖1所示的有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池，其光電轉(zhuǎn)換效率為
10.6%。
[0092]實(shí)施例15:
[0093]將覆蓋有氧化銦錫的玻璃基底依次用洗滌劑、異丙醇、乙醇、丙酮超聲洗滌15分鐘，經(jīng)紫外-臭氧處理后，采用溶液旋涂的方法制備厚度為20-40nm的氧化鋅電子傳輸層I。在該襯底上面旋涂60nm左右的PIDT-PhanQ =PC71BM光敏層-1，并在120°C的熱臺(tái)上退火5分鐘，形成前亞電池。
[0094]沉積1nm左右氧化鑰和12nm銅。隨后旋涂1nm左右的PFN薄膜形成中間連接層。
[0095]最后旋涂80nm的PTB-7 =PC71BM薄膜光敏層，沉積1nm氧化鑰空穴傳輸層和10nm銀電極，形成背亞電池。得到如圖1所示的有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池，其光電轉(zhuǎn)換效率為10.1%。
[0096]實(shí)施例16:
[0097]將覆蓋有氧化銦錫的玻璃基底依次用洗滌劑、異丙醇、乙醇、丙酮超聲洗滌15分鐘，經(jīng)紫外-臭氧處理后，采用溶液旋涂的方法制備厚度為20-40nm的氧化鋅電子傳輸層I。在該襯底上面旋涂60nm左右的PIDT-PhanQ =PC71BM光敏層-1，并在120°C的熱臺(tái)上退火5分鐘，形成前亞電池。
[0098]沉積1nm左右氧化鑰和6nm招。隨后旋涂1nm左右的PFN薄膜形成中間連接層。
[0099]最后旋涂80nm的PTB-7 =PC71BM薄膜光敏層，沉積1nm氧化鑰空穴傳輸層和10nm銀電極，形成背亞電池。得到如圖1所示的有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池，其光電轉(zhuǎn)換效率為9.6%。
[0100]實(shí)施例17:
[0101]將覆蓋有氧化銦錫的玻璃基底依次用洗滌劑、異丙醇、乙醇、丙酮超聲洗滌15分鐘，經(jīng)紫外-臭氧處理后，采用溶液旋涂的方法制備厚度為20-40nm的氧化鋅電子傳輸層I。在該襯底上面旋涂60nm左右的PIDT-PhanQ =PC71BM光敏層-1，并在120°C的熱臺(tái)上退火5分鐘，形成前亞電池。
[0102]沉積1nm左右氧化鑰和12nm銀。隨后旋涂1nm PEIE,形成連接層。
[0103]最后旋涂80nm的PTB-7 =PC71BM薄膜光敏層，沉積1nm氧化鑰空穴傳輸層和10nm銀電極，形成背亞電池。得到如圖1所示的有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池，其光電轉(zhuǎn)換效率為
10.3%。
[0104]實(shí)施例18:
[0105]將覆蓋有氧化銦錫的玻璃基底依次用洗滌劑、異丙醇、乙醇、丙酮超聲洗滌15分鐘，經(jīng)紫外-臭氧處理后，采用溶液旋涂的方法制備厚度為20-40nm的氧化鋅電子傳輸層I。在該襯底上面旋涂10nm左右的聚3-己基噻吩:雙茚加成C6tl富勒烯光敏層，并在120°C的熱臺(tái)上退火5分鐘,形成前亞電池。
[0106]沉積1nm左右氧化鑰。隨后旋涂1nm的PFN薄膜形成中間連接層。
[0107]最后旋涂80nm的PTB-7 =PC71BM薄膜光敏層，沉積1nm氧化鑰空穴傳輸層和10nm銀電極，形成背亞電池。得到如圖1所示的有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池，其光電轉(zhuǎn)換效率為
3.7%。其中間連接層不含有任何金屬得到的1-V曲線如圖4的D曲線所示。
[0108]由以上實(shí)施例數(shù)據(jù)可得，本發(fā)明的有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池，其光電轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)10.98%。該發(fā)明中的有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池的中間連接層不僅可以與前亞電池和背亞電池形成電荷選擇性收集，同時(shí)中間連接層中的中間金屬電極層功函數(shù)介于中間連接層的電子傳輸層和空穴傳輸層之間，可以將來(lái)自前亞電池和背亞電池的電荷復(fù)合(實(shí)施例7和實(shí)施例18)。另一方面，該發(fā)明的有機(jī)串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池的中間連接層可以有效調(diào)整太陽(yáng)光在器件中的分布同時(shí)增加對(duì)光的吸收。
[0109]上述【具體實(shí)施方式】用來(lái)解釋說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種有機(jī)串聯(lián)疊層電池的中間連接層，中間連接層包括從下而上排布的空穴傳輸層和電子傳輸層，其特征在于:空穴傳輸層和電子傳輸層之間還包含有一層功函數(shù)介于空穴傳輸層和電子傳輸層之間的中間金屬電極層，中間金屬電極層的厚度為2-20nm,所述中間連接層形成臺(tái)階式能級(jí)結(jié)構(gòu)，通過(guò)中間金屬電極層促進(jìn)空穴傳輸層和電子傳輸層收集后的電子和空穴的復(fù)合，并通過(guò)該中間金屬電極層改變光場(chǎng)在太陽(yáng)電池中的分布，形成光學(xué)微區(qū)效應(yīng)增加光的吸收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)串聯(lián)疊層電池的中間連接層，其特征在于:所述的空穴傳輸層為氧化鑰、氧化鎢、氧化鎳或者五氧化二釩。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)串聯(lián)疊層電池的中間連接層，其特征在于:所述的中間金屬電極層為銀、金、銅或者鋁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)串聯(lián)疊層電池的中間連接層，其特征在于:所述的電子傳輸層為氧化鋅、氧化鈦、(9，9-雙(3’ - (N, N- 二甲基氨基)丙基)_2，7-芴)-2，7- (9，9- 二辛基芴)交替共聚物或者被乙氧基化的聚乙烯亞胺。
5.由權(quán)利要求1所述中間連接層構(gòu)成的一種高效太陽(yáng)電池，串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池器件包括從下而上排布的前亞電池、中間連接層和背亞電池，中間連接層包括從下而上排布的空穴傳輸層和電子傳輸層，其特征在于:中間連接層中的空穴傳輸層和電子傳輸層之間包含有一層功函數(shù)介于空穴傳輸層和電子傳輸層之間的中間金屬電極層，該中間金屬電極層的厚度為2-20nm，中間連接層形成臺(tái)階式能級(jí)結(jié)構(gòu)，通過(guò)中間金屬電極層促進(jìn)中間連接層中的空穴傳輸層和電子傳輸層收集后的電子和空穴的復(fù)合，并通過(guò)該中間金屬電極層改變光場(chǎng)在太陽(yáng)電池中的分布，形成光學(xué)微區(qū)效應(yīng)增加光的吸收。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高效太陽(yáng)電池，其特征在于:所述的中間連接層的空穴傳輸層為氧化鑰、氧化鎢、氧化鎳或者五氧化二釩。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高效太陽(yáng)電池，其特征在于:所述的中間連接層的中間金屬電極層的材料為銀、金、銅或者鋁。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高效太陽(yáng)電池，其特征在于:所述中間連接層的電子傳輸層的材料為氧化鋅、氧化鈦、(9，9_雙(3’-(N，N-二甲基氨基)丙基)-2，7-芴)-2，7-(9, 9- 二辛基芴)交替共聚物或者被乙氧基化的聚乙烯亞胺。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高效太陽(yáng)電池，其特征在于: 所述的前亞電池包括從下而上排布的基底、透明導(dǎo)電電極層、電子傳輸層和光敏層，基底為玻璃、石英、聚酯薄膜，透明導(dǎo)電電極層為氧化銦錫，前亞電池的電子傳輸層為氧化鋅、氧化鈦、(9，9-雙(3，- (N，N-二甲基氨基)丙基)-2，7-芴)-2，7-(9，9-二辛基芴)交替共聚物或者被乙氧基化的聚乙烯亞胺，該聚乙烯亞胺中的80%被乙氧基化，光敏層為寬帶隙的電子給體和電子受體復(fù)合薄膜，其中電子給體的禁帶寬度為1.5-2.2 eV范圍，電子給體為聚3-己基噻吩、苯并二茚噻吩-喹喔啉交替共聚物或者環(huán)芴雙噻吩和苯并噻二唑交替共聚物，電子受體為富勒烯衍生物，富勒烯衍生物為[6，6]-苯基C61 丁酸甲酯、[6，6]-苯基C71 丁酸甲酯、雙茚加成C6tl富勒烯或者雙茚加成C7tl富勒烯。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高效太陽(yáng)電池，其特征在于:所述的背亞電池包括從下而上排布的光敏層、空穴傳輸層和金屬電極層，光敏層為窄帶隙的電子給體和電子受體復(fù)合薄膜，其中電子給體的禁帶寬度在1.1-2.0 eV范圍，電子給體為苯并雙噻吩與噻吩并[3, 4-b]噻吩交替共聚物或者環(huán)芴雙噻吩和苯并噻二唑交替共聚物，電子受體為富勒烯衍生物，富勒烯衍生物為[6，6]-苯基C61 丁酸甲酯、[6，6]_苯基C71 丁酸甲酯、雙茚加成Cm富勒烯或者雙茚加成C7tl富勒烯，背亞電池的空穴傳輸層為氧化鑰、氧化鎳、五氧化二釩或者氧化鎢，背亞電池的金屬電極層為銀、鋁、金或者銅。
【文檔編號(hào)】H01L51/44GK104253222SQ201410476305
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】陳紅征, 左立見(jiàn) 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)