本發明專利技術公開了一種混合超薄層摻雜異質結的有機太陽能電池，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，所述給體材料層與受體材料層之間設置有超薄層，所述超薄層由材料A和材料B混合構成。該超薄層可以有效的改善形成異質結的給體和受體材料的電荷分布，有利于電子從n型材料擴散到p型材料，和空穴從p型材料擴散到n型材料，以增加內建電場，增大光生激子的分離效率，最終提高有機太陽能電池的轉化效率。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于有機太陽能電池領域，具體涉及一種。
技術介紹
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，而且它還具有環保，安全，長久，巨大等諸多優點成為目·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太陽能的新技術，力求在這方面有所突破，如何更好的突破這方面的技術已成為具有戰略性意義的事情。中國是世界最大的無機太陽能電池生產國。起初我國太陽能電池主要應用在航空航天、軍事等領域，后面慢慢開始在商業、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濟的快速發展，還由于我國起初階段的粗放型經濟，對能源消耗巨大，進而對能源的需求也進一步增加，傳統的化石能源的逐漸減少，開發新能源迫在眉睫，所以開發太陽能技術對我國的可持續發展有著十分重要的意義。目前無機太陽能電池占太陽能電池中的絕大部分，技術工藝已經非常成熟了，而且無機太陽能電池具有轉化效率高、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化生產，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化效率提高成為了研究的熱點。當光照射到太陽能電池的發電材料時，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，Frenkle激子的束縛能為O. 3-1. OeV, Frenkle激子只有擴散到p_n結界面，借助于異質結處形成的內建電場來分離出自由的電子和空穴。電子進入η型材料，空穴進入P型材料，最終分別到達陰極和陽極。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的分子集團。結果就是，有機材料不會形成像無機材料那樣連續的能帶。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化效率低的原因之一。另外一個導致有機太陽能電池轉化效率低的原因是在光照形成激子后，激子在異質結界面處分離效率很低。原因主要是異質結界面的內建電場很弱，不足以使Frenkle激子(束縛能為O. 3-1. OeV)分離，所以如果能改善異質結兩邊的電荷分布，增加內建電場，就能提高激子的分離效率，并最終在一定程度上提高有機太陽能電池的轉化效率。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是如何提供一種混合超薄層摻雜異質結的有機太陽能電池，目的是改善異質結兩側的電荷分布，以增大內建電場，提高光生激子的分離效率，并最終在一定程度內提高有機太陽能電池的轉化效率。本專利技術的技術方案是混合超薄層摻雜異質結的有機太陽能電池，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置有超薄層，所述超薄層由材料A和材料B混合構 成。通過超薄膜層與給體和受體材料的接觸，形成電荷的擴散通道，有利于電子擴散到給體材料(P型材料)和空穴擴散到受體材料(η型材料)，最終增加了內建電場,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。本專利技術所提供的混合超薄層摻雜異質結的有機太陽能電池，其特征在于材料A的LUMO能級高于或等于給體材料(P型材料)的LUMO能級,材料A的HOMO能級高于給體材料(P型材料)的HOMO能級；材料B的LUMO能級低于受體材料(η型材料)的LUMO能級，材料B的HOMO能級高于或等于受體材料(η型材料)的HOMO能級,材料A的HOMO能級低于材料B的LUMO能級，且要求材料A的HOMO能級比材料B的LUMO能級差在O. Ie疒O. 4eV之間。材料A和材料B的組合可以是:A :酞菁鋅與B :全氟酞菁銅或A :并五苯與B :全氟酞菁銅等。本專利技術所提供的混合超薄層摻雜異質結的有機太陽能電池，其特征在于所述超薄層的厚度為O. 3nm-10nm。本專利技術所提供的混合超薄層摻雜異質結的有機太陽能電池，其特征在于所述給體材料是一種有機P型材料，空穴為多數載流子，其材料可以是 聚-3己基噻吩、聚(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-I, 4-亞苯基乙撐)、聚-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并噻二唑基團的給體材料。本專利技術所提供的混合超薄層摻雜異質結的有機太陽能電池，其特征在于所述受體材料是一種有機η型材料，電子為多數載流子，其材料可以是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)。本專利技術所提供的混合超薄層摻雜異質結的有機太陽能電池，其特征在于所述空穴傳輸層可以是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PED0T:PSS或PANI (聚苯胺)類有機導電聚合物薄膜，(PEDOT:PSS是一種高分子聚合物的水溶液，導電率很高，該產品是由PEDOT和PSS兩種物質構成，PEDOT是EDOT (3，4_乙撐二氧噻吩單體)的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸鹽，這兩種物質在一起極大的提高了 PEDOT的溶解性)，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，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-硼烷，鄰菲咯啉類化合物包括2，9-二甲基-4，7-聯苯-1，10-鄰二氮雜菲或者4，7-聯苯-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)-I, 3，4-噁二唑或1，3- 二 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。本專利技術所提供的混合超薄層摻雜異質結的有機太陽能電池，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 ;所述陰極電極是鋰、鎂、鈣、鍶、鋁或銦等功函數較低的金屬或它們組合形成的合金。本專利技術還提供一種混合超薄層摻雜異質結的有機太陽能電池的制備方法，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本文檔來自技高網...
【技術保護點】
混合超薄層摻雜異質結的有機太陽能電池，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置有超薄層，所述超薄層由材料A和材料B混合構成。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：于軍勝，李海，鐘建，張繼君，唐海華，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：
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