[发明专利]有机太阳能电池

说明书

技术领域

本发明属于能源技术领域，具体涉及一种有机太阳能电池。 

背景技术

随着工业的迅速发展、人口的增长和人民生活水平的提高，能源短缺已成为世界性问题，冷战结束以来，全球面临经济发展与能源紧缺的双重压力。能源安全受到越来越多国家的重视。现在，全球各国都认识到石油的局限性，各国政府都在竭力发展自己的新能源技术，力求在新能源技术革新中抢占先机。 

在众多新能源技术中，太阳能被视为最有前途的、可利用的、可再生能源之一。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的无污染洁净能源，将太阳能直接转换为电能和热能来造福人类一直是科学家长久以来的目标。1954年贝尔实验室Chapin.D.M等人制作了光电转化效率达6％的太阳能电池，标志着商业化太阳能电池研究的开始，如今无机硅太阳能电池效率已经达到了40％左右。但硅系列太阳能电池材料纯度要求很高且制作工艺复杂，因此成本高，难以大规模生产。其它类型半导体材料的太阳能电池因存在材料来源及工艺等问题也同样难以得到推广。而有机太阳能电池以其突出的特点显示了其巨大的开发潜力，成为近十几年来国内外各高校及科研单位研究的热点。 

有机太阳能电池具有如下优点： 

①化学可变性大，材料来源广泛。容易控制材料的最佳能带宽、电荷转移程度、溶解度等，有利于提高器件的效率； 

②加工容易，可大面积成膜。可采用旋涂法，喷墨法甚至丝网印刷等易于实现商业化的技术，有望在将来极大降低电池制作工艺上的成本； 

③易进行物理改性如采用高能离子注入掺杂或辐照处理以提高载流子的传导能力，减小电阻损耗提高短路电流； 

④电池制作可多样化； 

⑤价格便宜，有机染料高分子半导体等的合成工艺比较简单，如酞菁类染料早已实现工业化生产，因而成本低廉。 

这些是有机太阳能电池实用化最具竞争能力的因素。但是，与无机硅太阳能电池相比， 在转化效率，光谱响应范围，电池稳定性方面，有机太阳能电池还有待提高。决定光电效率基本损失机制的主要有： 

①由于活性层给体和受体的能带匹配原因，不能有效分离激子； 

②由于异质结分子的特点，有效的激子分离只发生在给体和受体的界面处，激子的复合几率太大； 

③有机光伏电池的光吸收区域有限，且光吸收波长范围很窄，吸收的光子数量受到很大的限制； 

④活性层薄膜表面粗糙度较高，表面串联电阻较大，不利于载流子的迁移； 

⑤材料稳定性不好，限制了其商业化应用的前景。 

有机太阳能电池的商业化还有很长一段路程要走，解决问题的主要出路要从有机太阳能电池设计的三个关键方面，电池的运作机理、电池的制作材料和制作工艺出发。关键问题是电池的各种性能参数尤其是总光电转换效率的提高。 

发明内容

(一)发明目的 

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种有机太阳能电池。 

(二)技术方案 

为达到上述目的，本发明的技术方案以如下方式实现： 

一种有机太阳能电池，采用异质结作为给体的有机半导体材料，所述异质结吸收光子之后产生空穴-电子对，电子注入到作为受体的有机半导体材料后，空穴和电子得到分离。 

所述异质结的光吸收效率高于70％。 

所述异质结的光电转换效率高于80％。 

(三)有益效果 

本发明提供的有机太阳能电池具有光吸收效率高、光电转换效率高的优点。 

具体实施方式

下面对本发明的较佳实施例做进一步说明。 

有机太阳能电池的光电转化过程包括四个基本步骤：(1)吸收光并产生激子，(2)激子扩散，(3)激子分离并产生正负电荷，(4)电荷传输和电荷被电极收集。 

内部的光电转化效率基本(η_IQE)可以认为由以下四个效率决定，每个效率分别对应能量转化过程的一个步骤： 

η_IQE＝η_Aη_EDη_CTη_CC

其中，η_A是活性层对太阳能的吸收效率；η_ED是激子扩散到分离点的扩散效率；η_CT是指电荷传递效率，也就是激子分离成为自由电子和空穴的效率；η_CC是指电荷收集效率。如果再考虑到光在吸光活性层由于反射因素而引起的光学损失，我们可以得到外量子效率：