[发明专利]包括金属纳米结构复合层的串联有机光伏器件

说明书

一种对于将两个单个有机光伏器件(600)耦接以提供串联有机光伏器件有用的中间层(110)包含第一空穴传输层(114)、第一电子传输层(112)和插入在第一空穴传输层(114)与第一电子传输层(112)之间的金属纳米结构层(116)。金属纳米结构层(116)为电子和空穴提供有效的复合点。金属纳米结构层(116)可以包含银纳米线，提供卓越的光学特性并且允许使用低温、基于溶液的、对下部层没有负面影响的工艺形成金属纳米结构层(116)。

背景

技术领域

本发明涉及有机光伏器件，且特别涉及用于与串联有机光伏器件一起使用的中间层。

背景技术

随着越来越重视碳中性能源生产，且假设地球接收的太阳能充分供应，光伏作为一种有吸引力的能源正获得关注。目前，基于晶片的结晶硅技术和工艺制造了绝大多数的光伏器件，诸如太阳能电池。最近在有机光伏方面的开发、特别是在使用有机半导体的基于薄膜的有机光伏器件的开发已经表明具有提高的效率，有时会实现高于10％的效率。特别是当与更常规的基于硅晶片的光伏相比时，由于有机光伏器件诸如有机太阳能电池相对易于处理、具有固有的物理柔性(inherent physical flexibility)、和大太阳能收集器件的潜在的低制造成本，因此有机光伏器件诸如有机太阳能电池是有吸引力的。

与由于半导体中固有的电场的缘故而发生电荷分离的常规基于半导体的光伏器件相比，在有机光伏中，在包括与电子受主材料(即，电子传输层或“ETL”)组合的电子施主材料(即，空穴传输层或“HTL”)的活性层中发生电荷分离。在有机光伏的活性层中，具有至少等于最高占有分子轨道与最低未占有分子轨道之间能量差的能级的入射光子(incidentphoton)可导致形成激子，束缚电子/空穴对(bound electron/hole pair)。很大程度上，有机光伏的效率依赖于分离或离解形成激子的电子和空穴对。一旦离解了，在单层有机光伏电池(即，仅包括阳极、活性层和阴极的有机光伏)中，活性层分别传输一部分离解的空穴和电子至电池阴极和阳极，以提供电输出。

有机光伏器件的功率转换效率(power conversion efficiency,“PCE”)至少部分地依赖于活性层中使用的电子施主的吸收波谱。具有狭窄吸收波谱的电子施主一般会引起降低的短路电流密度(J_SC)。有机光伏器件的PCE也依赖于热化损失(thermalizationloss)，该热化损失归因于超出最高占有分子轨道和最低未占有分子轨道之间的能量差的光子所承载的能量。当过多的光子能量转化为活性层中的热能(即，热)时发生这种热化损失。这种在活性层中的热能或者加热往往降低由有机光伏器件产生的开路电压(V_OC)。

因此，本领域中仍存在通过加宽这种有机光伏器件中使用的活性层的吸收波谱同时降低这种有机光伏器件中的热化损失来提高有机光伏器件的功率转换效率的需求。

发明内容

串联有机光伏器件叠置电串联或并联连接的具有补充吸收波谱的两个或更多个有机光伏器件。这种结构加宽了串联器件的吸收波谱，从而增加了短路电流密度(JSC)同时降低了热化影响，从而增加了由串联有机光伏器件产生的开路电压(VOC)。在构造实际串联有机光伏器件中的主要挑战是用于耦接形成串联有机光伏器件的两个单个有机光伏器件的中间层。中间层通常位于第一有机光伏器件的活性层与第二有机光伏器件的活性层之间。通常地，最希望中间层非常透明、导电、和充分稳健(robust)以保护有机光伏器件的下部层。由于形成有机光伏器件的很多下部层是热敏感的，因此优选在低温进行创建中间层所需的处理步骤，例如经由溶液处理或类似的方式，而不是通过热沉积工艺。