[发明专利]一种复合叠层的铁电-有机杂化太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及太阳能电池制造领域，特别涉及一种复合叠层的铁电‑有机杂化太阳能电池及其制备方法，包括从下至上的衬底玻璃、第一铁电层、铁电‑有机复合层、第二铁电层和电极，所述铁电‑有机复合层为铁电层和活性层的复合层，铁电‑有机复合层由铁电无机纳米材料BTO和活性层有机聚合物材料P3HT:PCBM形成的（P3HT:PCBM）：BTO溶胶层构成。本发明引入铁电钛酸钡（BTO）纳米颗粒，利用其自发极化产生的内建电场，抑制电子空穴的复合，降低暗电流的产生，从而达到提高电池效率的目的。由于钛酸钡的内建电场促进了电子空穴的分离，增加了电池的并联电阻，最终导致填充因子的升高。在实现制备无机纳米铁酸铋铁电材料的基础上，制作聚合物／无机纳米钛酸钡复合的光伏器件。

技术领域

本发明涉及太阳能电池制造领域，特别涉及一种复合叠层的铁电-有机杂化太阳能电池及其制备方法。

背景技术

光伏发电是太阳能利用的一种有效方式，是可再生能源利用中重要的组成部分，也是近年来发展最快、最具活力、最受瞩目的研究领域。目前光伏发电在整个能源结构中所占的比重还很小(不到1％)，其中最主要的原因是成本太高。据统计，传统的晶硅电池组件成本的65％来自硅片，消耗硅资源多，原材料供应紧张，很难适应未来大规模推广应用的需求。而薄膜太阳电池以其自身特殊的优势在近几年得到了迅速发展：薄膜的使用能够很大程度地节省原材料，降低电池成本；可以采用低温制备技术降低能耗，缩短能源回收期；低温技术的采用还使得玻璃、塑料等廉价衬底的使用成为现实；材料和电池同步制备，工艺简单，可以大面积连续化自动生产。

有机太阳能电池是20世纪90年代发展起来的新型太阳能电池，与无机太阳能电池相比，他具有成本低、厚度薄、质量轻、吸光洗漱高、制造工艺简单、可做成大面积柔性器件等特点。但是目前有机太阳电池的转换效率仍然较低且寿命较短，存在着载流子迁移率低、结构无序、高的体电阻以及电池的耐久性差等问题，是有机太阳能电池实用化和产业化的瓶颈。因此如何有效提高有机半导体对太阳光的吸收、提高激子的分离和迁移，减少激子的复合损失，是提高有机太阳能电池性能的一条重要途径。

铁电材料作为一种新型光伏材料，具有成本低、环境友好、制备工艺简单等优点，具有完全不同于半导体的反常光生伏打效应。铁电材料具有优良的铁电、介电、热释电及压电等特性,在激光技术、光学通讯、数据储存、信息处理、图像存储元件、电光偏振光元件、电容器等方面有非常重要的应用。无机一有机杂化铁电材料集成了无机材料和有机材料的优点,因而备受关注。与传统的p-n结光伏效应不同，铁电光伏效应具有反常的光伏开路电压，这对于提升光电转换效率的极限具有非常重要的指导意义；另外铁电光伏效应因其基于铁电极化诱导的退极化场而分离光生载流子的物理机制，已经在太阳能转化领域得到了广泛研究。无机铁电材料钛酸钡(BaTiO3)具有很强的自发极化，而且具有较好的光电性能，利用此材料在纳米和光电铁电方面的独特特性，结合有机聚合物的优势，可以实现改善有机太阳能器件中载流子的产生和传输、减少载流子的高复合以及提高载流子的收集效率，从而提高器件的光伏性能。

因此，在有机太阳能电池器件结构中引入铁电材料，可利用其强的电极化提供内电场，促进激子分离，降低电子和空穴的复合，从而有望提升电池的光电转换效率，这使得铁电材料增强有机太阳能电池光电转换效率的研究成为国际上一个新兴的领域。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种复合叠层的铁电-有机杂化太阳能电池，引入铁电钛酸钡(BTO)纳米颗粒，利用其自发极化产生的内建电场，抑制电子空穴的复合，降低暗电流的产生，从而达到提高电池效率的目的。由于钛酸钡的内建电场促进了电子空穴的分离，增加了电池的并联电阻，最终导致填充因子的升高。在实现制备无机纳米铁酸铋铁电材料的基础上，制作聚合物/无机纳米钛酸钡复合的光伏器件。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：