本實用新型涉及一種太陽能電池領域，特別涉及一種篦齒結有機薄膜太陽能電池。

背景技術：

自從太陽能電池商業(yè)應用以來，以無機半導體為主要材料制成的太陽能電池，單晶硅、多晶硅和非晶硅系列應用最為廣泛。經過最近幾年的發(fā)展，硅基太陽能電池相關的技術已有了長足的進步，但提純硅的方法依然是氧化還原法，這種氧化還原過程必然導致晶體硅太陽能電池制造能耗大、污染高、工藝復雜且生產設備昂貴。與此相比有機半導體太陽能電池由于其制作成本低廉、工藝簡單、輕便便攜、可以彎曲等特點，引起越來越多的關注。有機太陽能電池的實現主要通過于有機半導體材料中的空穴和電子的遷移實現光電轉換功能，但是，目前的薄膜有機太陽能電池吸收太陽能的光電轉化率低，結構不夠合理，不能大規(guī)模生產，因此，導致有機薄膜太陽能利用率成本比較高，制約著有機薄膜太陽能行業(yè)的發(fā)展。

目前有機薄膜太陽能中常見的兩種光活性層的結構形式為：平面異質結構和體相異質結構。平面異質結接觸面積很有限，光電轉化效率低，而體相異質結構，雖然接觸面積得到很大提高，但是，電子和空穴在運動過程中大量湮滅，光電轉化效率也較低。

技術實現要素：

為了克服現有技術的不足，本實用新型提供一種篦齒結有機薄膜太陽能電池，通過優(yōu)化光活性層的結構，能夠加大P型材料和N型材料的接觸面積，激發(fā)更多的空穴和電子；同時這樣的結構可以降低電子和空穴運動過程中的湮滅，具有光電轉化效率高的特點。

一種篦齒結有機薄膜太陽能電池，包括從上到下依次排列疊加的金屬陰極層1、陰極修飾層2、光活性層3、陽極緩沖層4、透明導電陽極層5和襯底層6；

所述的光活性層3包括N型材料基座7、N型材料篦齒8、P型材料篦齒9和P型材料基座10；

所述的N型材料篦齒8與P型材料篦齒9為篦齒結結構；所述的篦齒結構的光活性層中N型材料篦齒8與P型材料篦齒9間隔設置。

所述金屬陰極層1的厚度為1-5μm；

所述陰極修飾層2的厚度為1-5nm；

所述光活性層3的厚度為120-250nm；

所述陽極緩沖層4的厚度為120-250nm；

所述襯底層6和透明導電陽極層5的總厚度為0.3-2.0mm。

所述光活性層3中N型材料基座7厚度為70-140nm；最為優(yōu)選的厚度為80nm。

所述光活性層3中P型材料基座10厚度為45-120nm，最為優(yōu)選的厚度為50nm。

所述金屬陰極層1為厚度為2μm的鍍鋁層，所述陰極修飾層2為2nm的氟化鋰，所述光活性層3為3-己基噻吩和料富勒烯衍生物的“篦齒結”,厚度為230nm；所述陽極緩沖層4為200nm的3，4-乙撐二氧噻吩單體的聚合物:聚苯乙烯磺酸鹽，所述的“篦齒結”重疊部分的厚度為100nm，篦齒長度為100nm,寬度為40-60nm,最為優(yōu)選的寬度為50nm，襯底層6和透明導電陽極層5的總厚度為0.7mm。

本實用新型的有益效果：

本實用新型提供的一種篦齒結有機薄膜太陽能電池，通過構建一個“篦齒結”形式的光活性層3，能夠有效的增加兩種材料的接觸面積，而且還能夠減少空穴和電子遷移過程中猝滅數量，有效提高太陽能電池的光電轉換效率。

附圖說明：

圖1為本實用新型結構示意圖。

圖2為光活性層的篦齒結結構示意圖。

具體實施方式

下面參照附圖并結合實施例詳述本實用新型。

如圖1所示：一種篦齒結有機薄膜太陽能電池，包括從上到下依次排列疊加的金屬陰極層1、陰極修飾層2、光活性層3、陽極緩沖層4、透明導電陽極層5和襯底6；

所述的光活性層3包括N型材料基座7、N型材料篦齒8、P型材料篦齒9和P型材料基座10；所述的N型材料基座7為電子受體材料PC₆₀BM，所述的P型材料基座10為電子給體材料P3HT。

如圖2所示：所述的P型材料篦齒9與N型材料篦齒8為“篦齒結”結構；所述的“篦齒結”結構的P型材料篦齒9與N型材料篦齒8間隔設置。

本實用新型的工作原理：

與無機半導體材料不同，有機半導體材料受光激發(fā)后產生的是受庫侖作用束縛著的空穴--電子對，即激子。激子中的電子與空穴間的結合能大約為0.2-0.5eV，很難解離成可自由移動的載流子。為了實現激子的電荷分離，在有機薄膜光伏器件中通過使用電子給體(P型材料篦齒9)和電子受體(N型材料篦齒8)的組合來形成異質結。

有機薄膜光伏器件光電轉換的5個基本物理過程①光子的吸收與激子的產生。光活性層3受光激發(fā)后，電子從最高占據軌道(HOMO)躍遷到最低空軌道(LUMO)形成激發(fā)態(tài)的分子，即激子。②激子的擴散。受光產生的激子在光活性層3中自由擴散。③電子轉移與載流子的生成。激子在其有效壽命時間內如果能夠到達P型材料篦齒9與N型材料篦齒8體界面，外加P型材料篦齒9的LUMO與N型材料篦齒8的LUMO之間的能級差大于激子的束縛能，則激子在界面間發(fā)生電荷分離，生成可自由移動的電子與空穴。④電子與空穴的傳輸。電荷分離后產生的電子在N型材料篦齒8傳輸，最終到達N型材料基座7，空穴在P型材料篦齒9中傳輸，最終到達P型材料基座10。⑤電荷的收集與電流的產生。自由電子到達陰極修飾層2，陰極修飾層2的作用是降低電子到金屬陰極層1的達勢能壁壘，提高光電轉換效率；空穴到達陽級緩沖層4,陽級緩沖層4的作用是阻擋電子向導電透明導電陽極層5遷徙，提高空穴透明導電陽極層5移動的效率。金屬陰極層1收集電子形成金屬陰極，透明導電陽極層5收集空穴形成陽級。電極界面并被外電路收集，形成電流。上述5個過程，前后連貫，共同決定著有機薄膜光伏器件的光電轉換效率。