[发明专利]具有金字塔型微结构减反膜的倒置结构有机太阳能电池

说明书

本发明提出具有金字塔型微结构减反膜的倒置结构有机太阳能电池，所述太阳能电池自受光面起顺序设置减反射膜、氧化物透明导电衬底、金属氧化物电子传输层、有机活性层、金属氧化物空穴传输层和金属电极，所述减反射膜为PDMS减反膜，其膜内密布有呈金字塔形的微结构；所述减反射膜由密布微型金字塔结构的硅模板压印制备；本发明的减反射膜内密布金字塔形微结构，可以显著降低电池的反射率，提高有机活性层的光吸收率，并且该倒置结构有机太阳能电池稳定性好、轻便、成本低廉、易于大面积生产、对环境友好。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是具有金字塔型微结构减反膜的倒置结构有机太阳能电池。

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极大发展。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活性层的光吸收效率。

由于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，激子扩散程度短，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100-200 nm之间。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，我们尝试对衬底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效率。

PDMS因其透明性、生物相容性、柔韧性、低介电常数、低表面张力和低溶解度等特性可作为有机太阳能电池的减反膜。

发明内容

本发明提出具有金字塔型微结构减反膜的倒置结构有机太阳能电池，其减反射膜内密布金字塔形微结构，可以显著降低电池的反射率，提高有机活性层的光吸收率，并且该倒置结构有机太阳能电池稳定性好、轻便、成本低廉、易于大面积生产、对环境友好。

本发明采用以下技术方案。

具有金字塔型微结构减反膜的倒置结构有机太阳能电池，所述太阳能电池自受光面起顺序设置减反射膜（1）、氧化物透明导电衬底（2）、金属氧化物电子传输层（3）、有机活性层（4）、金属氧化物空穴传输层（5）和金属电极（6），所述减反射膜为PDMS减反膜，其膜内密布有呈金字塔形的微结构（10）；所述减反射膜由密布微型金字塔结构的硅模板压印制备。

所述硅模板中的微型金字塔结构，其直径范围为8 μm至18 μm。

所述金属氧化物电子传输层为ZnO薄膜。

所述有机活性层为PTB7-Th:PC₇₁BM薄膜。

所述金属电极为Ag电极。

所述氧化物透明导电衬底为ITO导电玻璃。

所述太阳能电池的制备方法包括以下步骤；

步骤A1、清洗作为太阳能电池的氧化物透明导电衬底使用的ITO导电玻璃并烘干；

步骤A2、在ITO导电玻璃上采用溶胶-凝胶法自旋涂一层约40 nm厚的ZnO薄膜，形成金属氧化物电子传输层；

步骤A3、在ZnO薄膜表面上旋涂一层约100 nm厚的PTB7-Th:PC₇₁BM薄膜，形成有机活性层；

步骤A4、在有机活性层上以热蒸发工艺形成一层约10 nm厚的MoO3薄膜，即molybdenumoxide薄膜，形成太阳能电池的金属氧化物空穴传输层；

步骤A5、在空穴传输层上蒸镀约100 nm厚的金属Ag，形成太阳能电池的金属电极；