[发明专利]基于具有陷光结构的三氧化钼空穴传输层的有机太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明属于电池薄膜材料与器件领域，具体涉及一种以具有陷光结构的MoO₃为空穴传输层的有机光伏电池及其制备方法。该电池包括氧化物透明导电衬底、空穴传输层、有机活性层和金属电极，其中，空穴传输层是在氧化物透明导电衬底上蒸镀一层MoO₃薄膜，借助聚苯乙烯球作为模板，利用盐酸烟雾刻蚀法对MoO₃表面进行刻蚀，形成图案化的表面，最后在图案化的MoO₃表面蒸镀上第二层MoO₃，最终形成具有陷光结构的MoO₃薄膜。本发明制得的有机光伏电池可以显著提高有机活性层的光吸收率，该电池轻便、成本低廉、稳定性较好、对环境友好且易于大面积生产。

技术领域

本发明属于电池薄膜材料与器件领域，具体涉及一种具有陷光结构的MoO₃为空穴传输层的有机光伏电池及其制备方法。

背景技术

太阳能是可再生能源之一，它作为清洁能源已经引起了全球范围内的关注，近年来世界各国都在竞相发展各类太阳能电池相关技术，其中有机太阳能电池也得到了快速地发展。有机太阳能电池因其具有可大面积生产、成本低、重量轻、材料多样化、加工灵活性高等优点越来越受到科研工作者的青睐。为了提高有机太阳能电池的能量转换效率，首先要解决的问题就是如何提高有机活性层的光吸收率。

由于常作为有机太阳能电池活性层的材料通常是一些小分子材料和聚合物材料，这些材料的载流子迁移率低，激子扩散距离短，为了实现最大的激子提取率和最小的激子复合率，光活性层的厚度一般被限制在100-200nm。这种超薄的光活性层将导致光吸收不足从而减少光生载流子的数量，致使外量子效率和能量转换效率降低，为了解决超薄活性层中光子吸收和载流子提取的平衡问题，我们尝试对薄膜表面进行光学工程来增加入射光在电池器件中的光程以提高有机活性层的光吸收率。

MoO₃因其具有无毒，透明和能级匹配等特点可以作为有机太阳能电池的空穴传输层。当MoO₃作为太阳能电池的空穴传输层时，能有效地降低电子和空穴在界面处的复合率，同时提高空穴迁移率，其电池结构一般为：氧化物透明导电衬底/MoO₃/P3HT:PCBM/Al，其中氧化物透明导电衬底作为电池的阳极；P3HT(聚3-己基噻吩)作为电子给体；PCBM（C60的衍生物）作为电子受体；Al作为电池的阴极。

有文献报道过利用光学工程对薄膜表面进行图案化处理，其中唐建新等人报道（Chen J D, Li Y Q, Zhu J S, et al. Polymer Solar Cells with 90% ExternalQuantum Efficiency Featuring an Ideal Light- and Charge-Manipulation Layer[J]. Adv Mater, 2018, 30(13): 8）将掺杂Al₂O₃的ZnO薄膜作为光学操纵层以此来提高器件的光吸收效率，但是该方法略显复杂，不易操作。

发明内容

针对上述内容，本发明提供了一种具有陷光结构的MoO₃为空穴传输层的有机光伏电池的制备方法。该光伏电池可以显著提高有机活性层的光吸收率，并且该有机光伏电池轻便、成本低廉、稳定性较好、对环境友好且易于大面积生产。

为实现本发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种以具有陷光结构的MoO₃为空穴传输层的有机光伏电池，包括氧化物透明导电衬底、图案化的MoO₃薄膜、有机活性层和金属电极。

其中空穴传输层为图案化的MoO₃薄膜，具体是将蒸镀在氧化物透明导电衬底上的MoO₃，利用模板对其表面进行盐酸刻蚀，形成图案化表面，最后在图案化的MoO₃表面蒸镀上第二层MoO₃。