[发明专利]一种基于纳米压印的柔性有机太阳能电池制备方法

说明书

本发明涉及太阳能光伏发电领域，更具体而言，涉及一种基于纳米压印的柔性有机太阳能电池制备方法。采用倒置太阳能电池结构，包括透明柔性基底、透明阴极电极层、电子提取层、光活性层、空穴提取层、阳极电极层和电池保护层。在阴极电极层与光活性层和阳极电极层与光活性层之间分别引入电子提取层和空穴提取层，保证了该新型有机太阳能电池的长期工作稳定性。电子提取层和空穴提取层均有方形纳米柱阵列镶嵌入光活性层，保证了太阳能电池具有较高的能量转换效率。该有机太阳能电池总厚度为100‑1000μm，并且制作于柔性基底上，具有超柔性的优越性能，能够在可穿戴和便携式电子设备、光伏建筑一体化等领域发挥应用优势。

技术领域

本发明涉及太阳能光伏发电领域，更具体而言，涉及一种基于纳米压印的柔性有机太阳能电池制备方法。

背景技术

柔性较好的薄膜太阳能电池具有技术先进、性能优良、成本低廉、用途广等优点。可广泛应用于太阳能背包、太阳能敞篷、太阳能手电筒、太阳能汽车、太阳能帆船甚至太阳能飞机上，特别是，近年来可穿戴电子产品受到了广泛研究，柔性太阳能电池为上述产品的电源供给提供了较好的设计思路。目前，柔性太阳能电池具有非晶硅、铜铟镓硒、燃料敏化和有机太阳能电池几种类型。其中，有机太阳能电池作为一种最薄、最轻、最灵活的光伏技术，便于各种形状和尺寸的集成，因此，在可穿戴型电子学方面具有广阔的应用前景。

有机太阳能电池是利用有机半导体材料作为光电转换材料将太阳能转变为电能的器件。有机半导体材料主要包括有机高分子材料和有机小分子材料，通常这些材料都存在大量的共轭键，共轭键由交替碳碳单键和双键组成，其电子的简并轨道是离域的，并且形成了离域键轨道π轨道和反键轨道π*。离域π键是高占据轨道(HOMO)，反键轨道π*是最低未占据轨道(LUMO)。HOMO和LUMO的能级差被认为是有机电子材料的带隙，带隙在1-4 eV。当太阳光照射时，有机半导体材料吸收光子被激发，并形成电子——空穴激子。在光伏电池中，有效场使电子给体的导带降到受体分子的导带上从而破坏了激子。同无机太阳能电池相比，有机太阳能电池的光电转换过程略有不同。此外，激子具有高度的可逆复合性且扩散长度极短。因此，大多数激子的实际存在时间极其短暂，通常在毫秒量级以下，无法形成有效分离，从而导致器件能量转换效率低下。在光电转换活性层中建立有效的电子给体/受体体系是提高激子分离的有效途径。

现阶段，有机太阳能电池主要分为双层或多层状异质结型有机太阳能电池和体相异质结型有机太阳能电池两大类。双层或多层状异质结型有机太阳能电池膜与膜之间接触面积有限，载流子迁移率通常较低，使得能量转换效率较低。体相异质结型有机太阳能电池活性层则是由给、受材料共混形成，两种材料相互交错，形成一个双连续、互相贯穿的网络结构，极大地增加了给、受体的接触面积，减小了激子扩散距离，最终使能量转换效率得到较大提高，是现阶段有机光伏太阳能电池的研究热点。近来，大量研究报道已将有机太阳能电池的转换效率提高超过10%，进一步提高有机太阳能电池的转换效率，降低成本，制备出性能优越的有机太阳能电池，最终实现商业化是科研工作者一致追求的目标。因此，本专利涉及一种转换效率高、基底柔性强的新型有机太阳能电池设计加工。

发明内容

为了进一步提高能量转换效率和性能、降低生产成本，实现有机太阳能电池商业化生产，本发明提供了一种基于纳米压印的柔性有机太阳能电池制备方法。

与现有技术相比，本发明所采用的技术方案为：

一种基于纳米压印的柔性有机太阳能电池制备方法，其特征在于：该新型有机太阳能电池采用倒置太阳能电池结构，结构由下至上依次堆栈，包括透明柔性基底、透明阴极电极层、电子提取层、光活性层、空穴提取层、阳极电极层、电池保护层；

其中，

所述透明柔性基底选用透光率较高的透明柔性薄膜材料制作；所述电子提取层选用氧化锌或氧化钛材料制备，采用旋涂的方法成膜；所述光活性层采用体异质结结构活性层；所述空穴提取层的材料选择氧化钼、氧化钨和五氧化二钒中的一种；所述电池保护层为聚对二甲苯薄膜。