[发明专利]聚合物本体异质结太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电器件领域，特别是聚合物本体异质结太阳电池的技术领域，具体涉及 一种提高聚合物本体异质结太阳电池器件性能，尤其是其开路电压的方法。

背景技术

基于光伏效应将太阳能转化为电能的太阳电池一直是国内外研究的热点。随着全球能 源需求的逐年增加，石油、煤炭等一次性能源的日渐枯竭，以及出于保护地球环境等需要， 人们把越来越夺的目光投向了太阳能、氢能等可再生能源。

目前，市场上成熟的太阳电池主要为基于单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓、磷化铟 以及多晶膜化合物半导体等无机太阳能电池，其中，多晶硅和非晶硅太阳能电池在民用太 阳能电池市场上占主导地位。经过五十余年的发展，无机单晶硅太阳电池的光电转换效率 已经由发明之初的6％，提高到目前的最高效率可达30％以上。在基于硅的太阳电池当中， 第一代的单晶硅太阳电池的能量转换效率可达20％，接近Shockley等人所预言33％的上限 [W.S.hocley and H.J.Queisser.Detail balance limit of efficiency of PN junction solar cells.J. Appl.Phys.1961，32：510]，第二代5-10％，第三代超过50％，接近热力学上的上限值93％ [Progress in photovoltaic：research and application，vol.9-123(2001)]。尽管如此，但是由于无 机半导体太阳电池对材料纯度的要求非常高，且价格昂贵，因此其应用受到很大限制。

利用有机半导体制备光伏器件首先在1986年取得突破。当时美国柯达公司研究人员 C.W.Tang首次在同一器件中引入给体和受体材料，效率达到1％[C.W.Tang，Appl.Phys.Lett. 48，183(1986).]。这一异质结的概念成为目前所有三种有机光伏器件，染料敏化器件，平面 型有机太阳电池，以及本体异质结结构的关键思想。异质结这一概念的精髓在于：使用两 种电子亲合能和电离势不同的材料混合。在界面处，电势差足以使到激子离解，只要这一 能量差比激子的束缚能大：电子被具有较高电子亲合能的材料接收，而空穴被具有较低电 离势的材料接收。在平面异质结(双层)结构中，有机D/A界面分离激子的效率比单层器 件中电极/有机物界面的分离效率高得多。在这种类型的器件中，激子应在位于扩散距离之 内的范围形成，否则激子发生衰退，对形成光电流毫无贡献。由于激子在有机材料中的扩 散距离远远比薄膜的吸收厚度小，从而限制了有效吸收太阳光的薄膜厚度。