[发明专利]基于双层混合活性层的有机薄膜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，具体涉及一种基于双层混合活性层的有机薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着全球能源需求量的逐年增加，对可再生能源的有效利用成为急需解决的问题。目前世界上使用的能源大多数来自于化石能源的开采，其中包括石油，天然气和煤等。然而，这些资源都是有限的。相比之下，占地球总能量99％以上的太阳能具有取之不尽，用之不竭，没有污染等特点，因而成为世界各国科学家开发和利用的绿色新能源之一。太阳能电池是将太阳能转化为电能的光伏器件，其中，无机太阳能电池的技术较为成熟，效率远高于有机太阳能电池。然而，无机半导体材料的加工工艺非常复杂、材料要求苛刻、制造能耗大、不易进行大面积柔性加工、生产设备昂贵、某些材料具有毒性等，这些缺点制约了无机太阳电池的进一步发展。有机太阳能电池以其简单地工艺，廉价的材料，广泛的适用性，大规模的成产量、污染少、质量轻，可折叠等特点，逐步的走向主导地位。

目前，有机太阳能电池的最大难题是其转化效率低。目前的最高的转化效率已经超过10％，但是价格距离商业应用还有一定差距，所以廉价的提高转化效率是有机太阳能电池研究的主要的目标。有机太阳能电池转化效率低的因素有很多，如光伏材料吸收光能少，所产生的激子易于复合，激子传输距离的限制，导致激子大量堆积而淬灭。每一种有机材料能够吸收的光谱宽度有限，许多材料只对狭窄的光谱范围敏感，解决这个问题的主要方法有两种：寻找频谱吸收范围更广的材料或者利用能够吸收不同光谱范围的多种材料。前者需要产生全新的光伏材料，实现难度较大，而后者则可以利用现存的材料进行匹配。在一般的有机太阳能电池器件上面，激子再复合一直是一个问题，这个问题来自于激子本身传输距离，想要解决这个问题一般是通过混合形成体异质结或者多个平面异质结。前者将有机材料进行互相掺杂，这样利用体异质结的特点，即大量增加两种材料接触面，激子可以不用传输立即分离，提高了传输效率；后者整个器件吸收光后产生的激子就不必须扩散到那唯一的异质结界面进行激子的分离，在其他靠近激子的异质结界面也可以进行激子的分离，大大提高了激子的分离效率。

但是这样的结构所形成的太阳能电池FF依旧不是特别高，有些激子长度很短依旧传输不到，活性层厚度和激子长度之间的博弈依然存在。因此如果提高激子传输效率和分离效率是太阳能电池的研究重点和难点。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是如何提供一种基于双层混合活性层的有机薄膜太阳能电池及其制备方法，提高激子传输效率和分离效率。

本发明的技术方案为：一种基于双层混合活性层的有机薄膜太阳能电池，包括透明衬底、透明阳极电极、阳极修饰层、混合活性层一、混合活性层二、电子缓冲层和阴极电极，混合活性层一是由P型材料和双性材料互相掺杂形成，混合活性层二是由双性材料和N型材料互相掺杂形成。

进一步地，本发明中，P型材料为：聚(3-己基噻吩)、聚(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-亚苯基乙撑)、聚[[9-(1-辛基壬基)-9H-咔唑-2,7-二基]-2,5-噻吩二基-2,1,3-苯并噻二唑-4,7-二基-2,5-噻吩二基]、聚苯乙烯撑系列材料、聚噻吩系列材料或基于芳环并噻二唑基团的给体材料中的一种或它们的混合，本发明中优选采用TTPA材料。

进一步地，本发明中，N型材料为：富勒烯衍生物、BBL、PTPTB或含芘酰亚胺聚合物中的一种或它们的混合，本发明中优选采用C₆₀材料。

进一步地，本发明中，双性材料是酞菁类化合物或亚酞菁，本发明中优选采用亚酞菁。

进一步地，本发明中，混合活性层一由TTPA和SubPc混合形成，混合活性层二由SubPc和C60混合形成。

进一步地，本发明中，混合活性层一的厚度为30nm，TTPA与SubPc的重量比为TTPA︰SubPc＝1:3；混合活性层二的厚度为60nm，且SubPc与C60的重量比为SubPc︰C₆₀＝1︰4。

进一步地，本发明中，阳极修饰层为有机导电聚合物薄膜或金属氧化物薄膜，其中有机导电聚合物薄膜为PEDOT︰PSS或PANI类有机导电聚合物薄膜，金属氧化物薄膜为氧化钼薄膜或氧化镍薄膜，本发明中优选采用PEDOT︰PSS。

进一步地，本发明中，透明衬底是玻璃或者柔性基片或者金属片；透明阳极电极是金属氧化物薄膜；阴极电极是锂、镁、钙、锶、铝或铟中的一种或由它们的合金，本发明中优选采用Ag作为阴极电极，电子缓冲层采用Bphen。