[发明专利]太阳能电池及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种太阳能电池及其制备方法。

【背景技术】

随着全球经济的快速发展，能源的消耗急剧增长，化石燃料的巨量使用不仅造成了煤、石油、天然气等不可再生资源的日渐枯竭，威胁到人类社会的能源安全，而且大量二氧化碳的排放也造成了日益严重的社会环境问题。在这种形势下，急需开发利用既经济性能又高的清洁能源。其中，太阳能被视为可利用的、最有前途的、可再生能源之一，引起人们的关注。

近年来，随着对有机太阳能电池材料和器件结构的不断探索，有机太阳能电池的效率已经达到了6％～7％。然而要实现商业化，有机太阳能电池的光电转换效率仍然较低，器件的稳定性也还有待于进一步的提高。在本体异质结型的有机太阳能电池中，由于异质结界面增多，活性材料吸收太阳光后产生的激子能迅速解离形成自由的电子和空穴，相对两层结构来说，效率得到了较大提高。但是与无机半导体相比，有机物中的载流子迁移率相对较低，大部分的载流子还未来得及传输到电池的两电极，就已经发生了复合，这样就导致电流损失，使有机太阳能电池的短路电流较低，其光电转换效率也偏低；另外，有机太阳能电池的光活性层的厚度一般要求控制在100nm左右，部分太阳光来不及被光活性层吸收就已经透过，造成了太阳光的浪费，也使得效率不高。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种光电转换效率较高的太阳能电池及其制备方法。

一种太阳能电池，包括：透明基体；透明导电电极，设于透明基体上；第一缓冲层，设于透明导电电极上；第一纳米柱阵列层，设于第一缓冲层上；第二纳米柱阵列层，间隔设于第一纳米柱阵列层上，第二纳米柱阵列层包括周期性间隔排布的多个第二纳米柱，该多个第二纳米柱构成二维光子晶体结构；光活性层，填充于第一纳米柱阵列层和第二纳米柱阵列层之间，且渗透进入第一纳米柱阵列层和第二纳米柱阵列层内部；第二缓冲层，设于第二纳米柱阵列层上；及导电电极，设于第二缓冲层上。

在优选的实施例中，该导电电极的材料为具有高功函数的金属，该第一纳米柱阵列层的材料为传输电子的材料，该第二纳米柱阵列层的材料为传输空穴的材料。

在优选的实施例中，该具有高功函数的金属为Ag或Au。

在优选的实施例中，该导电电极的材料为具有低功函数的金属，该第一纳米柱阵列层的材料为传输空穴的材料，该第二纳米柱阵列层的材料为传输电子的材料。

在优选的实施例中，该具有低功函数的金属为Al、Ca-Al合金、Ba-Al合金、Mg-Ag合金中的一种。

在优选的实施例中，该传输电子的材料为TiO_x、Cs₂CO₃、ZnO、SnO₂中的至少一种，该传输空穴的材料为NiO、MoO₃、V₂O₅、WO₃中的至少一种。

在优选的实施例中，该第一缓冲层的材料与该第一纳米柱阵列层的材料相同，该第二缓冲层的材料与该第二纳米柱阵列层的材料相同。

在优选的实施例中，该光活性层为电子给体材料和电子受体材料的混合物或为分子内含电子给体-受体单元的材料。

在优选的实施例中，该电子给体材料为噻吩小分子、噻吩寡聚物或噻吩聚合物、芳香胺类材料、PPV类材料、稠环芳香化合物、酞菁类染料、亚酞菁染料中的至少一种；该电子受体材料为富勒烯及其衍生物、PPV类材料、稠环芳香化合物中的至少一种。

一种太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：于一透明基体上形成透明导电电极；于该透明导电电极上形成第一缓冲层；于该第一缓冲层上形成第一纳米柱阵列层；于该第一纳米柱阵列层上形成光活性层；于该光活性层上形成第二纳米柱阵列层，该第二纳米柱阵列层包括周期性间隔排布的多个第二纳米柱，该多个第二纳米柱构成二维光子晶体结构；于该第二纳米柱阵列层上形成第二缓冲层；及于该第二缓冲层上形成导电电极。

上述太阳能电池工作时，光活性层吸收太阳光后产生激子，在给体、受体材料界面处发生分离产生自由的电子和空穴。由于纳米柱阵列中纳米柱之间的距离很短，自由的电子和空穴很容易传输至纳米柱上，再通过纳米柱迅速传输至太阳能电池的两极上。在这种太阳能电池结构中，电子和空穴的传输都有各自直接的导通路径，提高了载流子的传输效率，减少了载流子的复合几率，提高了载流子的收集效率，使太阳能电池的短路电流增大，进而提高其光电转换效率。

【附图说明】

图1为一实施例的太阳能电池的剖面示意图。

【具体实施方式】