[发明专利]用于倒置叠层有机太阳能电池中的中间电极层及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种倒置叠层有机太阳能电池的中间电极层，特别是一种采用金属氧化物层和超薄多金属纳米层结构薄膜组合的用于倒置叠层有机太阳能电池中的中间电极层及制备方法。

背景技术

太阳能是一种绿色环保、可再生能源。有机材料具备一定独特的优点，比如低成本、便携式、柔性以及易于大规模生产。这使得有机太阳能电池逐渐成为将太阳光能转化成电能的最具潜力的技术。然而，常规结构的有机太阳能电池受到有机材料本身诸多的限制，如：相对于整个太阳光谱吸收范围窄、激子扩散距离短、电荷载流子的迁移率低、寿命短等。为了克服这些弊病，叠层结构被应用于有机太阳能电池，即由两个或多个具有光谱互补的吸光层作为子电池组成。因此，能够有效地连接子电池的中间电极层对器件的整体性能起到极其重要的作用。

目前的中间电极层主要用于常规叠层有机太阳能电池。现有的中间电极层主要由真空蒸镀法和液态成膜法制备而成，其中的组合有：金属银纳米团簇，超薄金属金，金属铝/氧化钨，氧化铟锡/3，4-乙烯基二氧噻吩掺杂聚苯乙烯磺酸，铝/金/3，4-乙烯基二氧噻吩掺杂聚苯乙烯磺酸，氧化锌/3，4-乙烯基二氧噻吩掺杂聚苯乙烯磺酸，氧化钛/3，4-乙烯基二氧噻吩掺杂聚苯乙烯磺酸，金属铝/三氧化钼，金属铝/掺杂铯的氧化钛/3，4-乙烯基二氧噻吩掺杂聚苯乙烯磺酸。然而，至今尚未有用于倒置叠层有机太阳能电池的中间电极层。这种中间电极层除了要具有高的光透过率和有效地连接子电池，还需要起到保护已制备的下层吸光层的不被洗刷掉的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以应用于具有不同吸收光谱范围的有机/共轭聚合物材料作为吸光层的倒置叠层电池中，能够有效地保护已制备的下层吸光层，来实现倒置叠层有机太阳能电池的用于倒置叠层有机太阳能电池中的中间电极层及制备方法。

本发明所采用的技术方案是：一种用于倒置叠层有机太阳能电池中的中间电极层及制备方法，其中，用于倒置叠层有机太阳能电池中的中间电极层是设置于下层子电池和上层子电池之间，由下层子电池至上层子电池依次沉积的设置有：三氧化钼层，金属银或金或铂层，金属铝层和金属钙或镁层。

所述的三氧化钼层的厚度为7～8纳米，金属银或金或铂层的厚度为0.5～1.5纳米，金属铝层的厚度为0.5～1.5纳米，金属钙或镁层的厚度为2.5～3.5纳米。

用于倒置叠层有机太阳能电池中的中间电极层的制备方法，包括如下步骤：

1)衬底的选择和处理：

首先将镀有氧化铟锡的玻璃衬底用洗涤剂擦洗，随后依次再用洗涤剂、去离子水、丙酮和酒精超声清洗；

2)衬底修饰的制备：

将烘干后的衬底，放于臭氧环境中进行等离子体处理，之后通过手套箱，将衬底转送到高真空腔中，蒸镀1纳米的金属钙，腔体真空度为9.0×10^-5Pa，再将沉积有1纳米钙的衬底转移到手套箱中，进行共轭聚合物吸光层的制备；

3)中间电极层的制备：

将沉积有1纳米钙和设定厚度的共轭聚合物吸光层的样品送入高真空腔中，依次沉积三氧化钼层，金属银或金或铂层，金属铝层和金属钙或镁层。

步骤3所述的三氧化钼层的厚度为7～8纳米，金属银或金或铂层的厚度为0.5～1.5纳米，金属铝层的厚度为0.5～1.5纳米，金属钙或镁层的厚度为2.5～3.5纳米。

步骤3所述的三氧化钼层、金属银或金或铂层和金属钙或镁层均采用热蒸发蒸镀，所述的金属铝层采用热蒸发或者电子束蒸镀。

步骤3所述的三氧化钼层的沉积速率为0.02～0.05纳米/秒，所述的金属银或金或铂层的沉积速率为0.01～0.02纳米/秒，所述的金属铝层的沉积速率为0.02～0.05纳米/秒，所述的金属钙或镁层的沉积速率为0.04～0.08纳米/秒。

本发明的用于倒置叠层有机太阳能电池中的中间电极层及制备方法，具有如下特点。

1.只采用了一系列的金属和金属氧化物的新组合来实现有效地连接子电池的目的。此方案易于用在各种类型的倒置叠层有机太阳能电池中，因而为提高器件的性能提供保障。其制备方法和流程简单、重复性强。

2.本发明的光学特性是高透过率，降低了由于多层结构而引起的光损失。它的电学特性是能够使得来自于子电池的电荷载流子对在此层中有效地复合，达到相应的倒置叠层电池的开路电压之和的目的。因此，此发明有利于用于具有光谱互补的吸光层作为子电池组成的倒置叠层有机太阳能电池中。

3.此发明能够有效地保护已制备的下层吸光层，来实现倒置叠层有机太阳能电池。

附图说明