[发明专利]一种柔性有机薄膜太阳电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳电池技术领域，特别是涉及一种柔性有机薄膜太阳电池的制备方法。

背景技术

太阳电池是将太阳能直接转化为电能的装置。研究和应用最广泛的太阳电池主要是单晶硅、多晶硅和非晶硅系列电池。由于硅电池对材料要求苛刻，器件加工工艺复杂，且不易进行大面积加工，生产成本高，限制了其大规模使用。除硅系列外，可供制造太阳电池的半导体材料还有很多，例如GaAs、GaSb、GaInP、CuInSe₂、CdS和CdTe等多元化合物。它们光电转换效率高，但由于Ga、In是稀有元素，Cd、As是有毒元素，因此这类电池的发展受到资源、环境的限制。

有机薄膜太阳电池以其原料易得、廉价、制备工艺简单、环境污染少等特点，日益被人们所重视。目前大多数有机薄膜太阳电池都在硬质衬底上制造，不能卷绕式大规模生产，所得的太阳电池质量大，不易运输、安装和使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性有机薄膜太阳电池的制备方法，以降低太阳电池生产成本、减轻重量、提高光电转换效率。

本发明提供一种柔性有机薄膜太阳电池的制备方法，包括以下步骤：

（1）      清洗衬底；

（2）      在真空条件下对衬底进行轰击和烘烤，以清除衬底所包含的挥发性物质；

（3）      电阻加热蒸发沉积光吸收层；

（4）      电阻加热蒸发沉积激子阻挡层； 

（5）      通过掩膜蒸镀获得铝电极。

优选地，衬底为镀有氧化铟锡（ITO）透明导电层的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）柔性衬底；光吸收层含有铜酞菁（CuPc）层和富勒烯（C₆₀）层；激子阻挡层为铜酞菁层。

更优选地，光吸收层还含有铜酞菁、富勒烯共混层。

其中激子阻挡层的厚度为9-11nm。

各步骤优选的工艺条件如下：步骤（2）中，背景压力为30Pa时轰击10分钟，轰击电流为30mA；背景压力5×10^-3Pa下烘烤30分钟，烘烤温度为30℃；步骤（3）、（4）、（5）中，通过石英晶体微天平实时监测各层厚度，控制有机层生长速率为10nm/min，铝膜生长速率为30nm/min；步骤（5）中，铝电极厚度为70nm，电极有效面积为5mm×5mm。

本发明的关键步骤是步骤（4），在蒸发完毕光吸收层后，继续蒸镀激子阻挡层。激子阻挡层的主要作用有：一、阻止光吸收层的激子通过铝电极逃逸，提高激子收集效率；二、阻挡铝电极制备过程中铝蒸汽通过扩散进入光吸收层，保护光吸收层不被破坏；三、阻挡环境中的氧气和水分渗透到光吸收层。

本发明制备的柔性有机薄膜太阳电池以镀有氧化铟锡（ITO）透明导电层的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜为正极，铜酞菁（CuPc）和富勒烯（C₆₀）按不同层数、厚度、比例制成的有机层为光吸收层，CuPc膜为激子阻挡层，铝膜为负极。电池结构为ITO/CuPc/CuPc : C₆₀/C₆₀/CuPc/Al。

本发明提供了一种完整的具有产业化潜力的柔性有机薄膜太阳电池制备工艺。所采用的柔性衬底为镀有ITO透明导电层的柔性PET膜，此柔性有机薄膜太阳电池最大的特点是衬底材料轻柔，可以卷绕式大面积生产，太阳电池可适度弯曲。

附图说明

图1为本发明的柔性有机薄膜太阳电池结构图。

具体实施方式

实施例1   

选镀有氧化铟锡（ITO）透明导电层的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）膜为衬底，在丙酮中超声清洗5分钟，用双蒸水冲洗，在80℃烘干20分钟。清洗后的衬底的方块电阻为90Ω/□，透光率为80%。