[发明专利]一种基于金属薄膜衬底的大面积有机太阳电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于金属薄膜衬底的大面积有机太阳电池及其制备方法。该大面积有机太阳电池由光入射方向，依次包括玻璃基底、高功函数金属薄膜导电衬底、阴极界面层、光活性层、阳极界面层和金属阳极；所述高功函数金属薄膜导电衬底的材料为不活泼金属，包括金、银或铜；所述阴极界面层的材料为含有极性基团或离子性基团的极性单元的共轭聚合物，或者含有极性基团或离子性基团的极性单元的共轭聚合物对应的聚电介质；所述阳极界面层为金属氧化物和导电聚合物的薄膜中的一种以上，包括聚3,4‑乙撑二氧噻吩薄膜。该大面积有机太阳电池能大幅提高大面积太阳电池器件衬底导电率，降低同等面积器件的串联电阻，能量转换效率，且制备方法简单。

技术领域

本发明涉及有机/聚合物(高分子)太阳电池的技术领域，具体涉及一种基于金属薄膜衬底的大面积有机太阳电池及其制备方法。

背景技术

过去几十年以来，经过全世界各国基础研究机构和技术开发部门的通力协作，制约太阳能电池大规模应用的瓶颈——光电转换效率已经有了很大程度的提高，已经从上世纪九十年代的1％提高到当前的12％左右，已经具有了小规模商用产品的开发价值。有机太阳能电池转化效率的提高主要来源于两方面的贡献：一方面是许多新型、高性能的光伏活性材料的成功研发；另一方面是新型器件结构及新的器件优化方法的进步。1986年柯达公司的邓青云博士发现当将两种不同电子亲和势的材料——受体和给体放在同一个器件中，器件的能量转化效率提到了一个数量级，达到了1％的转化效率(C.W.Tang,2-layerorganic photovoltaic,Appl.Phys.Lett.1986,48,183-185.)。到了二十世纪末，一种聚合物本体异质结太阳能电池的器件结构被提出来(J.J.M.Halls,C.A.Walsh,N.C.Greenham,E.A.Marseglia,R.H.Friend,S.C.Moratti,A.B.Holms,Efficient Photodiodes fromInterpenetrating Polymer Networks,Nature1995,376,498-500.)，在这种结构中，电子的给体材料和受体材料被共混在一起，从而形成网络互穿结构。2011年，华南理工大学研究组报道了效率为8.37％的高效聚合物太阳能电池，采用醇溶性聚合物材料PFN作为界面修饰层，同时提高了开路电压、短路电流和填充因子，由于界面层的加入，形成了界面偶极子，增大了器件的内建电势，从而提高了载流子传输性能(He Z.C.,Zhong C.M.,HuangX.,etal.Simultaneous Enhancement of Open-Circuit Voltage,Short-Circuit CurrentDensity and Fill Factor in Polymer Solar Cells[J].Adv.Mater.,2011,23(40):4636-4643.)。2012年华南理工大学研究组再次刷新了单层结构聚合物太阳电池的最高效率记录，通过采用一种倒置结构的器件，成功实现了对器件的电学和光学性能的双重优化，期间的稳定性同时得到了显著提高，转化效率达到了9.2％(He Z.,Zhong C.,Su S.,etal.Enhanced power-conversion efficiency in polymer solar cells using aninverted device structure[J].Nat.Photon.,2012,6(9):591-595.)。