[发明专利]混合超薄层掺杂异质结的有机太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机太阳能电池领域，具体涉及一种混合超薄层掺杂异质结的有机太阳能电池及其制备方法。

背景技术

煤炭、石油等化石资源的逐渐枯竭，能源危机慢慢随着时间的流逝，离我们越来越近，从而寻找新的能源变成了件非常急迫的事。太阳能，相比来说是取之不尽，用之不竭的，而且它还具有环保，安全，长久，巨大等诸多优点成为目前所知中的最理想的新兴可再生能源。目前，各个国家都在积极的研究开发太阳能的新技术，力求在这方面有所突破，如何更好的突破这方面的技术已成为具有战略性意义的事情。

中国是世界最大的无机太阳能电池生产国。起初我国太阳能电池主要应用在航空航天、军事等领域，后面慢慢开始在商业、民用上应用。但与西方国家相比，我国太阳能电池使用的总量和密度均较小。故太阳能电池今后在我国有着巨大的应用前景。另一个方面，随着时间的推移和我国经济的快速发展，还由于我国起初阶段的粗放型经济，对能源消耗巨大，进而对能源的需求也进一步增加，传统的化石能源的逐渐减少，开发新能源迫在眉睫，所以开发太阳能技术对我国的可持续发展有着十分重要的意义。

目前无机太阳能电池占太阳能电池中的绝大部分，技术工艺已经非常成熟了，而且无机太阳能电池具有转化效率高、硅材料丰富等特点。但是有利又有弊，在制造无机太阳能电池的过程中，要消耗大量的能源，而且也产生不可忽视的污染，这样制造出来的电池性价比并不高。从长远来看，无机太阳能电池并不是一种理想型的太阳能电池。相反与之对应的，有机太阳能电池制造工艺简单，能耗很低，污染少，可以克服无机太阳能电池的上述缺点。而且有机太阳能电池易于大面积连续化生产，可以制作在柔性基底上等特点也是无机太阳能电池所不能做到的。但问题是，有机太阳能电池转化效率很低，距离真正的商用化还有一段很长的时间。故如何将有机太阳能电池的转化效率提高成为了研究的热点。

当光照射到太阳能电池的发电材料时，电子吸收光能从材料的HOMO能级跃迁到材料的LUMO能级。这时，无机材料形成Wannier激子，Wannier激子的束缚能为数个毫eV,依靠晶格振动便可将Wannier激子分离为自由载流子。有机材料形成的是Frenkle激子，Frenkle激子的束缚能为0.3-1.0eV，Frenkle激子只有扩散到p-n结界面，借助于异质结处形成的内建电场来分离出自由的电子和空穴。电子进入n型材料，空穴进入p型材料，最终分别到达阴极和阳极。

在形成晶体时，无机材料间形成的是共价键，有机材料形成的是分子间作用力即范德华尔斯力，共价键可以牢固的结合，但范德华尔斯力相对很弱，因此，无机材料可以形成较大体积的晶体，而有机材料形成的是局域态的分子集团。结果就是，有机材料不会形成像无机材料那样连续的能带。这样有机材料中载流子以一种跳跃的方式（hopping）传递。这就导致了有机材料载流子迁移率比无机材料低很多，也是最终导致有机太阳能电池转化效率低的原因之一。

    另外一个导致有机太阳能电池转化效率低的原因是：在光照形成激子后，激子在异质结界面处分离效率很低。原因主要是异质结界面的内建电场很弱，不足以使Frenkle激子（束缚能为0.3-1.0eV）分离，所以如果能改善异质结两边的电荷分布，增加内建电场，就能提高激子的分离效率，并最终在一定程度上提高有机太阳能电池的转化效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种混合超薄层掺杂异质结的有机太阳能电池，目的是改善异质结两侧的电荷分布，以增大内建电场，提高光生激子的分离效率，并最终在一定程度内提高有机太阳能电池的转化效率。

本发明的技术方案是：混合超薄层掺杂异质结的有机太阳能电池，包括透明衬底、透明阳极电极、空穴传输层、给体材料层、受体材料层、电子缓冲层和阴极电极，其特征在于：所述给体材料层与受体材料层之间设置有超薄层，所述超薄层由材料A和材料B混合构成。通过超薄膜层与给体和受体材料的接触，形成电荷的扩散通道，有利于电子扩散到给体材料（p型材料）和空穴扩散到受体材料（n型材料），最终增加了内建电场，提高了光生激子在给体材料和受体材料接触界面的分离效率。