[实用新型]一种薄膜有机太阳能电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能电池，具体为一种有机半导体薄膜太阳能电池，属于有机聚合物光伏器件技术领域。

背景技术

现今占主导地位的太阳能电池是以无机半导体为主要材料制成，自太阳能电池商业应用以来，单晶硅、多晶硅和非晶硅系列应用最为广泛。经过多年来的发展，硅基太阳能电池相关的技术已有了长足的进步，但依然没有脱离通过氧化还原反应来提纯硅的方法，这一过程必然会使晶体硅太阳能电池制造能耗大、污染高、工艺复杂且生产设备昂贵。而有机半导体材料由于具有制作成本低、易制作、质量轻、富有弹性等特点，引起越来越多的关注，目前学者已在研究如何在电子器件中将现有的昂贵无机半导体材料用有机半导体材料加以取代，其中就包括有机太阳能电池的研究。有机太阳能电池的实现主要依赖于有机半导体材料中的光电转换功能，但是，目前的薄膜有机太阳能电池吸收太阳能的利用率低，结构不够合理，对太阳能的转化率也不能满足当前对太阳能的利用要求，因此，导致太阳能利用率成本比较高，制约着太阳能行业的发展。

为解决以上的各个技术问题，本实用新型提供了一种薄膜有机太阳能电池，通过设置聚光保护层，并在聚光保护层的表面阵列均匀设置椭圆形的聚光凹坑，能够有效的利用椭圆形的表面面积大的优势，而且还能够通过椭圆形聚光凹坑，实现光汇聚特性，有效提高太阳光的吸收效率，而且该层还具有保护太阳能电池内部结构的性能，同时，本实用新型通过设置纳米金属结构层，将纳米金属颗粒的形状设置为球形结构，并且在球形结构的球形表面密集设置多个相同的凸起，通过凸起，能够大大的提高局域表面等离子共振强度，使其达到最大，这种凸起的结构，根据光散射和吸收原理以及实验证明，其能够与没有凸起的球体结构相比，提高薄膜有机太阳能电池的吸收光效率大约5-8％左右。

发明内容

针对上述情况，为解决现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供了一种薄膜有机太阳能电池，其从上到下依次包括聚光保护层、金属阳极层、有机光电转换层一、有机光电转换层二、阴极缓冲层、透明导电阴极和衬底，其特征在于，所述聚光保护层为厚度为80-100nm的花青染料层，所述聚光保护层的表面阵列均匀设置有聚光凹坑，所述聚光凹坑的截面形状为椭圆形，所述金属阳极层为厚度为120-180nm的镀银或镀铝层，所述有机光电转换层一和所述有机光电转换层二均包括电子给体材料P3HT层和电子受体材料PC₆₀BM层，所述有机光电转换层一和所述有机光电转换层二之间还设置有纳米金属结构层，聚光凹坑所述纳米金属结构层中设置有纳米金属颗粒，所述纳米金属颗粒的形状为球形结构，且球形结构的球形表面密集设置有多个相同的凸起。

进一步，作为优选，所述金属阳极层和所述有机光电转换层一之间设置有厚度为6-8nm厚度的蒸镀阳极缓冲层M_oO₃，进一步优选，该层厚度为7nm

进一步，作为优选，所述有机光电转换层一的厚度为160-230nm，进一步优选的厚度为200nm，所述有机光电转换层二的厚度为120-150nm，进一步优选的厚度为130nm。

进一步，作为优选，所述有机光电转换层一的电子给体材料P3HT层的厚度为70-120nm，最为优选的厚度为110nm，所述电子受体材料PC₆₀BM层的厚度为80-140nm，最为优选的厚度为90nm，所述有机光电转换层二的电子给体材料P3HT层的厚度为45-70nm，最为优选的厚度为70nm，所述电子受体材料PC₆₀BM层的厚度为70-90nm，最为优选的厚度为60nm。

进一步，作为优选，相邻两个所述聚光凹坑之间的间距为300-500nm，最为优选为350nm，且聚光凹坑的椭圆形的长轴长250-280nm，短轴长为120-150nm，最为优选的是长轴长260nm，短轴长为130nm。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的一种薄膜有机太阳能电池，通过设置聚光保护层，并在聚光保护层的表面阵列均匀设置椭圆形的聚光凹坑，能够有效的利用椭圆形的表面面积大的优势，而且还能够通过椭圆形聚光凹坑，实现光汇聚特性，有效提高太阳光的吸收效率，而且该层还具有保护太阳能电池内部结构的性能，同时，本实用新型通过设置纳米金属结构层，将纳米金属颗粒的形状设置为球形结构，并且在球形结构的球形表面密集设置多个相同的凸起，通过凸起，能够大大的提高局域表面等离子共振强度，使其达到最大，这种凸起的结构，根据光散射和吸收原理以及实验证明，其能够与没有凸起的球体结构相比，提高薄膜有机太阳能电池的吸收光效率大约5-8％左右