[实用新型]一种单层有机太阳能电池

说明书

技术领域

本实用新型属于光电转换器件技术领域，具体的说是涉及一种单层有机太阳能电池。

背景技术

有机太阳能电池的研究始于 1958 年， Kearns 和 Calvin 将镁酞菁染料 (MgPc) 夹在两个不同功函数的电极之间，制成“三明治”结构，从而得到了 200mV 的开路电压，但是其短路电流输出则非常低，所以其能量转换效率也相对较低。 这种单层有机太阳能电池结构，在 1986 年被 C.W.Tang 采用双层异质结结构所替代，得到了 1％的能量转换效率。 能量转换效率得到大幅提升的原因即是认为双层异质结结构提供一个高效的激子拆分的界面，也即是说双层异质结构使得中性的电子 ～ 空穴对拆分成自由载流子变得更加的容易。 显而易见的是，双层异质结构的引入大大增加了有机太阳能电池器件的复杂程度，而且由于异质结结构的质量对整个电池的输出是至关重要的，所以对异质结生长的控制要求相对较为苛刻。 因此，如果能够在原有单层“三明治”结构有机太阳能电池的基础上加以改进，也能够得到异质结光伏电池的性能要求的话，则必将进一步简化有机太阳能电池的生产程序，并且能够降低其工艺成本。

中国发明专利“CN102290529A 单层有机太阳能电池及其制备方法”公布了一种单层有机太阳能电池及其制备方法，通过在单层有机太阳能电池中设置了金属纳米颗粒层，从而进一步增强了单层有机太阳能电池器件的内建电场，从而提高了对的激子拆分效率，使得最终提升单层有机太阳能电池的能量转换效率。但是由于金属纳米颗粒层的功函数有限，例如金的功函数为5.1 eV只比常用的ITO电极4.8 eV的功函数高了0.3 eV，引入金属纳米颗粒对于提高器件的内建电场，作用有限，其电池的能量转换效率仅为0.2%。无机金属氧化物薄膜的功函数可达6 eV以上，如文献“Electric-Field-Assisted Charge Generation and Separation Process in Transition Metal Oxide-Based Interconnectors for Tandem Organic Light-Emitting Diodes，Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 600–608”报道的MoO₃层的功函数可以达到6.7 eV。本实用新型就是要利用无机金属氧化物的高功函数，获得较高效率的单层有机太阳能电池。

实用新型内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种单层有机太阳能电池，该太阳能电池中设置了电场增强层，从而进一步增强了单层有机太阳能电池器件的内建电场，从而提高了对的激子拆分效率，提升单层有机太阳能电池的能量转换效率。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下 ：

一种单层有机太阳能电池，其特征在于：包括透明绝缘衬底、和在透明绝缘衬底上依次层叠形成的透明阳极电极层、电场增强层、光敏层和阴极电极层，所述电场增强层为无机金属氧化物薄膜，所述的无机金属氧化物的功函数值高于透明阳极电极层的功函数值。

进一步的，所述电场增强层中的无机氧化物材质为三氧化钼、三氧化钨或五氧化二钒中的一种 ；所述电场增强层的厚度为 2～25 nm。

进一步的，所述透明绝缘衬底的材质为石英玻璃、硅酸盐玻璃、高硅氧玻璃、钠钙玻璃、聚氯乙烯、聚碳酸酯或聚酯；所述透明绝缘衬底的厚度为 1.1～1.5 mm。

进一步的，所述透明阳极电极层是材质为氧化铟锡、氧化锌铝、氧化锌镓、氧化铟锌、金、铝、银或碳纳米管的导电薄膜 ；所述透明阳极电极层的厚度为 80～120 nm。

进一步的，所述光敏层的材质为酞菁染料或富勒烯；所述光敏层的厚度为 20～50 nm。

进一步的，所述阴极电极层的材质为 Ag、Al、Ca-Al 合金、Mg-Ag 合金、ITO；所述阴极电极层的厚度为 80～120 nm。

由于本发明单层有机太阳能电池器件中设置了电场增强层，电场增强层的功函数值显著高于透明阳极电极层功函数值，对透明阳极电极层进行修饰，提高透明阳极电极层的功函数，增大了透明阳极电极层和阴极电极层之间功函数差，进一步增强了单层有机太阳能电池器件的内建电场，从而大幅提高了对激子拆分的效率，最终提升单层有机太阳能电池的能量转换效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例的单层有机太阳能电池结构示意图。

具体实施方式