一種有機薄膜太陽能電池及其制作方法技術

本發明專利技術公開了一種有機薄膜太陽能電池，由多個電池單體在一平面上緊湊排列而成，其特征在于：電池單體的形狀為錐體，所述錐體為正三面錐、正四面錐或正六面錐，錐體的內側面為受光面，每一內側面都包括一個電池元，該電池元鋪滿該內側面。本發明專利技術的有機薄膜太陽能電池結構成型簡單，制造工藝簡單，制造成本低，填充率達100%，電池元為平面器件，不存在應力問題，便于集成為大規模太陽能電池陣列，具有良好的應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及有機太陽能電池制備領域。
技術介紹
隨著人類社會現代化發展，人類對于能源的消耗速度迅速上升。而現在社會能源主要來自于煤、石油、天然氣等不可再生能源，一方面由于上述能源的儲量有限，不能長久的供給人類社會；另一方面，由于化石燃料的燃燒，導致生態環境破壞，例如溫室氣體的排放成為全球性問題。為了解決能源問題，開發新型可再生清潔能源是一項重要而且緊急的工作。太陽 能作為一種重要的可再生能源，對于人類來說是一種取之不盡的清潔能源。在過去幾十年中，無機太陽能電池技術發展迅猛并日趨成熟，已經能夠實現大規模發電。然而，無機太陽能電池昂貴的成本仍然阻礙其更廣泛的應用，為了解決這一難題，有機聚合物太陽能電池技術在近年來得到了廣泛關注，其能量轉換效率逐年提高，發展成為太陽能電池技術的一個重要的分支。有機聚合物太陽能電池所使用的有機聚合物成本較無機材料，如硅、鍺，要低很多。而且，聚合物太陽能電池的制備工藝簡單，容易大規模生產，因此生產成本較低。截止2012年，聚合物太陽能電池效率已經達到9%左右，已經接近市場化應用臨界值10%。雖然有機太陽能電池的電池效率在逐步提高，但是相比于無機太陽能電池，能量轉換效率還是偏低的。這主要是有機材料遷移率不高，使得活性層厚度只有IOOnm左右，吸收效率較低。而對無機太陽能電池，如單晶硅太陽能電池，活性層厚度為f200um，不需要采用特殊光學結構即可以實現100%的光子吸收效率。因此，如何提高有機太陽能電池的效率成為當今新能源領域熱點問題。提高太陽能電池效率的一種重要方法是設計更好的太陽能電池器件結構，使其能夠吸收更多的入射光，從而得到更高的光利用率。2007年Kristofer Tvingstedt等專利技術了一種折疊V型結構的有機聚合物太陽倉泛電池(K. Tvingstedt, V. Andersson, F. L. Zhang, and O. Inganas. Foldedreflective tandem polymer solar cell doubles efficiency [J]. App. Phys. Lett,91:123514)。這種結構將兩片獨立的平面電池器件，拼接成V型并將其串聯。通過兩個器件之間的相互反射，增加入射光在V型結構中的光程，從而增加器件對于光的吸收率和電池的外量子效率(EQE)，進而提高了太陽能電池器件的能量轉換效率。2008年Yinhua Zhou等設計一種V型折疊結構的太陽能電池構成的陣列(Y. H.Zhou, F. L Zhangj K. Tvingstedtj W. J. Tianj and O. Ingana. Multifolded polymersolar cells on flexible substrates [J]. App. Phys. Lett, 93:033302)。此種結構是上面介紹的V型結構的延伸，將多個V型器件進行串并聯組成陣列，對于有機太陽能電池大面積面板設計有很好的借鑒意義。但是，V型結構不能完全吸收散射光，存在漏光問題。2012年Hongyu Zhen等設計了一種圓錐結構的有機太陽能電池(H. Y. ZhenjK. L Z. Y. ，Huang, Z.，Tang, R.， Wu et al. Inverted indium-tin-oxide-freecone-shaped polymer solar cells for light trapping [J]. App. Phys.Lett,100:213901)。這種結構使用柔性襯底制作扇形平面器件，然后卷成立體圓錐形，作用類似光陷阱，可以使入射光在圓錐結構內進行多次反射，而減少反射出去的光。但是，上述錐形結構組成平板板陣列時，填充率較低，這是由于圓錐結構光入射面為圓形，相鄰圓之間的空隙不能充分利用，損失掉部分面積。另外，有機太陽能電池器件常用電極材料ITO或Al金屬不耐彎曲，容易剝脫，應力的存在會影響器件的使用壽命。申請號為201010611615. X的中國專利技術專利公開了一種基于單晶硅襯底上多孔金字塔結構的制造方法，屬于半導體
所述方法包括先用傳統太陽能電池制絨方法在單晶硅襯底上制備金字塔結構，再利用等離子體浸沒離子注入方法在金字塔結構上制備納米結構，從而在單晶硅襯底表面形成多孔金字塔結構。本專利技術在單晶硅襯底上制備多孔金字塔結構，只需兩步工藝即可完成，制造過程簡單，成本低，有廣闊的產業化前景；同 時，利用本專利技術方法在單晶硅表面制備的多孔金字塔結構，降低了單晶硅表面的反射率。申請號為201110252280. I的中國專利技術專利公開了一種用于太陽電池的多孔金字塔型硅表面陷光結構制備方法，清洗硅片后，采用堿刻蝕制備金字塔結構表面，然后再結合貴金屬納米粒子催化刻蝕的方法制得多孔金字塔表面陷光結構，采用本專利技術的方法制備出的硅表面多孔金字塔型陷光結構，在300nm到IOOOnm的光譜范圍內其平均反射率降到了3.3%的水平，為提高硅太陽能電池的效率提供了新的技術手段。本專利技術綜合利用傳統堿刻蝕與貴金屬納米粒子輔助刻蝕的工藝方法、保持濕法刻蝕的特征，獲得硅表面的更高減反射效果。
技術實現思路
本專利技術針對現有技術的不足，提供一種有機薄膜太陽能電池，其增加了對單位面積入射光的利用，提高了電池的能量轉化效率。本專利技術的技術方案如下 一種有機薄膜太陽能電池，由多個電池單體在一平面上緊湊排列而成，其特征在于電池單體的形狀為錐體，所述錐體為正三面錐、正四面錐或正六面錐，錐體的內側面為受光面，每一內側面都包括一個電池元，該電池元鋪滿該內側面。進一步的，錐體的側面與底面的夾角為45 75°。該夾角為所述錐體的重要結構參數，根據所述太陽能電池主體層吸收特性，不同角度對于所述太陽能電池單位面積光吸收率影響不同。同時錐體結構側面積也是所述結構的重要參數，側面積為所述太陽能電池的實際工作面積。進一步的，所述電池元從光入射方向依次為襯底、透明陽極薄膜層、太陽能電池活性層、陰極薄膜層，太陽能電池活性層進行光電轉換。也可以倒置電池元，即光入射依次通過透明陽極薄膜層，太陽能電池活性層，陰極薄膜層，襯底。進一步的，陰極薄膜層的另一側設有包封層。進一步的，所述襯底可以是柔性襯底，要求能隔水隔氧，具有高的太陽光透過率，并具有一定的機械性能。目前一般采用聚對苯二甲酸類塑料薄膜(PET)，也可使用聚酰亞胺膜(PI)。所述襯底也可為硬性襯底，如玻璃等。進一步的，電池單體的多個內側面的電池元中的太陽能電池活性層為具有不同光波段吸收特性的互補活性層。進一步的，電池單體固定于支撐架上。一種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)制作電池單體，是將3個、4個或6個三角形電池元制作在同一片襯底上，通過半深劃線，將電池元折成錐體，錐體的內側面為受光面，所述錐體為正三面錐、正四面錐或正六面錐，連接處使用壓膜或粘結方式固定； (2)將電池單體在一平面內緊湊排列而成有機薄膜太陽能電池。制作電池單體也可以用另一種方法，先制備出若干片同樣大小和形狀的三角形電池元，再拼接為錐體結構，固定方法可以用粘結或壓膜方式。本專利技術中所述的透明陽極薄膜層可以是單層導電材料組成，也可以是多種導電材料組成的多層結構，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種有機薄膜太陽能電池，由多個電池單體在一平面上緊湊排列而成，其特征在于：電池單體的形狀為錐體，所述錐體為正三面錐、正四面錐或正六面錐，錐體的內側面為受光面，每一內側面都包括一個電池元，該電池元鋪滿該內側面。

【技術特征摘要】
1.一種有機薄膜太陽能電池，由多個電池單體在一平面上緊湊排列而成，其特征在于電池單體的形狀為錐體，所述錐體為正三面錐、正四面錐或正六面錐，錐體的內側面為受光面，每一內側面都包括一個電池元，該電池元鋪滿該內側面。2.如權利要求I所述的有機薄膜太陽能電池，其特征在于錐體的側面與底面的夾角為45 75°。3.如權利要求2所述的有機薄膜太陽能電池，其特征在于所述電池元從光入射方向依次為襯底、透明陽極薄膜層、太陽能電池活性層、陰極薄膜層。4.如權利要求3所述的有機薄膜太陽能電池，其特征在于陰極薄膜層的另一側設有包封層。5.如權利要求3至4任一項所述的有機薄膜太陽能電池，其特征在于所述的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：侯林濤，夏玉欣，王標，劉彭義，王二剛，甄紅宇，
申請(專利權)人：暨南大學，
類型：發明
國別省市：