[发明专利]一种有机无机复合的太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域  

本发明涉及一种硫化铜作为界面修饰层的有机无机复合的光伏电池及其制备方法，既属于薄膜材料与器件领域，也属于新能源材料领域。 

背景技术

21世纪以来，随着社会的发展和人类生活水平的提高，人类对能源的需求日益增加，煤、石油、天然气等不可再生能源逐渐衰竭。能源问题迫切需要解决。太阳能具有清洁、绿色和取之不尽、用之不竭等众多优点，因而具有广阔的发展前景。

目前各类太阳能电池中硅基太阳能电池的制备技术较成熟，效率超过20%。然而昂贵的价格限制了其进一步广泛地应用；无机化合物基太阳能电池能够稳定有效地利用太阳光，效率高，成本低，易大规模生产，但是含有一些有毒元素, 如：As和Cd，污染大。染料敏化太阳能电池廉价、效率比较高、制作工艺要求低、寿命较长，但是在电解质固化后，难以保证较高的能量转换效率。而有机太阳能电池具有成本低、重量轻、制作工艺简单、可制备成柔性器件等优点，近几年效率已经超过10%。随着能量转换效率和器件稳定性的进一步地提高，慢慢可以进入到实用阶段。

有机太阳能电池中较为理想的结构是:透明导电玻璃/空穴传输层/有机给体:有机受体 /电子传输层/金属电极。本专利中:透明导电玻璃为ITO（掺锡的氧化铟），作为电池的阳极。PEDOT:PSS作为空穴传输层，由PBDTTT-C-T（苯并二噻吩与并二噻吩的共聚物）组成的网作为电子施主，由PC₇₁BM（C60衍生物）组成的网构成电子受体，PBDTTT-C-T和PC₇₁BM组成的混合溶液作为光敏层（有机活性层），LiF(氟化锂)作为电子传输层，Al(铝)作为阴极。

目前国内外阳极界面修饰主要采用一些贵金属的纳米形态比如金、银纳米颗粒等等（参考文献1.Hyosung Choi1，Seo-Jin Ko et al.,Versatile surface Plasmon resonance of carbon-dot-supported silver nanoparticles in polymer optoelectronic devices, Nature Photonics,2013 (7),732-738；2. Dingwen Zhang et al., Enhanced performance of dye-sensitized solar cells using gold nanoparticles modified fluorine tin oxide electrodes, 2013 J. Phys. D: Appl. Phys. 46 024005）。但是此类贵金属材料存在价格昂贵、制备方法复杂等缺点。硫化铜作为一种重要的无机P型化合物半导体材料，具有较高的比表面积、比较小的纳米尺寸、高空穴迁移率以及优秀的光学和光催化特性。本专利首次将廉价制得的二维纳米硫化铜用作电池的界面修饰层，将硫化铜插入阳极ITO和空穴传输层PEDOT:PSS之间的界面，经验证阳极的功函数从4.7 电子伏特提升到4.9电子伏特，较大的功函数，实现了更好的能带匹配，更有利于载流子的输运，同时修饰后的电极在300-800纳米可见光范围内透过率基本不变维持在80%以上。相比没有此界面修饰层的器件，CuS的引入减小了器件的串联电阻，加速了器件中空穴载流子的迁移，提高了器件的光伏转换性能，增加了器件的稳定性。从而证实了在光伏器件中CuS可以作为一种良好的界面修饰材料。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种有机无机复合的太阳能电池及其制备方法，所得到的有机无机复合的太阳能电池短路电流和光电转换效率较高，同时避免了 PEDOT:PSS对衬底的腐蚀问题；而且成本低廉、工艺简单、易于大面积生产。 

本发明主要内容:在阳极ITO和空穴传输层PEDOT:PSS之间插入一层纳米硫化铜薄膜来制备有机太阳能电池。对比传统的太阳能电池，本发明提供了一种以硫化铜插入作为界面修饰层的有机无机复合的光伏电池及其制备方法，该方法成本低廉、性能稳定、易于大面积生产，得到的光伏电池转化效率较高。

本发明提供的技术方案是: 一种有机无机复合太阳能电池，包括透明导电衬底、空穴传输层、有机活性层、电子传输层和金属电极，在透明导电衬底和空穴传输层之间插入有CuS界面修饰层。

上述透明导电玻璃衬底、空穴传输层、有机活性层、电子传输层和金属电极依次顺序设置。

所述有机活性层为PBDTTT-C-T:PC₇₁BM。

所述空穴传输层为PEDOT:PSS薄膜。

所述透明导电衬底为ITO导电玻璃。