專利名稱：一種有機(jī)薄膜太陽能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)光電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及有機(jī)薄膜太陽能電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
太陽能電池是將太陽能輻射的光能轉(zhuǎn)換為電能的器件。太陽能電池可用來對(duì)負(fù)載，如電燈、計(jì)算機(jī)等提供電能。傳統(tǒng)的太陽能電池需要大量的高質(zhì)量的無機(jī)半導(dǎo)體材料， 如硅、砷化鎵，使得成本很高。盡管多晶硅和無定型硅的應(yīng)用比單晶硅成本低很多，但效率不高和成本居高不下仍然使得太陽能電池?zé)o法大面積推廣。有機(jī)太陽能電池包括染料敏化太陽能電池和有機(jī)薄膜太陽能電池，與染料敏化太陽能電池相比，有機(jī)薄膜太陽能電池具有全固態(tài)、易制作、潛在的低成本、柔性等優(yōu)點(diǎn)，其研究和發(fā)展使太陽能電池低成本化成為可能，近年受到越來越多的關(guān)注。目前報(bào)道的最好的有機(jī)薄膜太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率， 已經(jīng)接近商業(yè)化的無定型太陽能電池的效率。有機(jī)薄膜太陽能電池的效率長(zhǎng)期以來一直很低的原因，是與它的基本物理過程分不開的。而當(dāng)一束光照射到有機(jī)半導(dǎo)體材料上時(shí)，有機(jī)半導(dǎo)體中通常不會(huì)形成自由載流子， 而是先形成電子-空穴對(duì)(激子)。要利用有機(jī)材料得到光電流就必須使這些由光激發(fā)得到的激子被拆開，否則這些激子將通過輻射或非輻射的方式退激發(fā)。具有不同能級(jí)結(jié)構(gòu)的兩種有機(jī)材料的界面被認(rèn)為是拆分激子的地方，因此由光激發(fā)產(chǎn)生的激子必須首先擴(kuò)散到界面才能最大程度地拆分激子。最為典型的的有機(jī)薄膜太陽能電池是由具有不同能級(jí)結(jié)構(gòu)的兩種有機(jī)半導(dǎo)體材料薄膜形成的雙層結(jié)構(gòu)。由于存在兩種有機(jī)材料的界面小的問題，提高有機(jī)半導(dǎo)體材料產(chǎn)生的激子是提高有機(jī)薄膜太陽能電池效率的有效方案，因此有機(jī)半導(dǎo)體材料需要吸收更多的太陽光。在有機(jī)薄膜太陽能電池的入射光處加入增反層或增加有機(jī)半導(dǎo)體材料層的厚度可以增加有機(jī)半導(dǎo)體材料吸收射入太陽能電池內(nèi)部的太陽光，但加入增反層減少了射入太陽能電池的光能，增加有機(jī)半導(dǎo)體材料層的厚度使激子難以有效地?cái)U(kuò)散到界面處。因此，如何提高有機(jī)薄膜太陽能電池的光子吸收從而增加激子的數(shù)量，以及如何使激子更有效地?cái)U(kuò)散到界面被分離成電子和空穴，對(duì)提高有機(jī)薄膜太陽能電池的效率有重要意義。同時(shí)，本征ZnO材料為η型半導(dǎo)體，具有良好的電學(xué)特性，而且制備ZnO原料豐富、 成本低、無毒等，近年來，ZnO廣泛被研究和應(yīng)用于各類光電子器件中。其中，最為廣泛的是利用ZnO優(yōu)良的電子傳輸性能而將其制成豎直排列納米線陣列制備在光電子器件中，增加與其他材料的接觸面積，提高器件得到電子傳輸性能。但是，到目前為止，很少有將具有島狀微結(jié)構(gòu)的ZnO材料作為功能層用于有機(jī)薄膜太陽能電池中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是如何提供一種有機(jī)薄膜太陽能電池及其制備方法，該太陽能電池克服了現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，增加了器件中激子產(chǎn)生的數(shù)量以及將界面處的電子和空穴傳輸?shù)诫姌O層的能力，提高了有機(jī)薄膜太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。
本發(fā)明所提出的技術(shù)問題是這樣解決的提供一種有機(jī)薄膜太陽能電池，包括襯底、陽極層、陰極層、設(shè)置在陽極層和陰極層之間的有機(jī)功能層，有機(jī)功能層至少包括電子給體層和電子受體層，所述有機(jī)功能層還包括陽極緩沖層，其特征在于，所述電子受體層為具有島狀微結(jié)構(gòu)的ZnO層，所述電子給體層材料為小分子ρ型半導(dǎo)體材料或聚合物P型半導(dǎo)體材料。按照本發(fā)明所提供的有機(jī)薄膜太陽能電池，其特征在于，所述有機(jī)小分子ρ型半導(dǎo)體材料包括酞菁銅(CuPc)、酞菁鋅(aiPc)、酞菁鐵O^ePc)、酞菁?xì)?H2Pc)、亞酞菁 (SubPc)、酞菁錫(SnPc)、5_乙烯基-2-四聚噻吩(V4T)、5_乙烯基-五聚噻吩(V5T)、α， α-二(2，2_二氰基乙烯)-五聚噻吩(DCV5T)、N，N' - 二苯基-N，N' -二(3-甲基苯基)-1，1'-聯(lián)苯-4，4' -二胺(TPD)、并四苯或并五苯及其衍生物；所述聚合物ρ型半導(dǎo)體材料包括聚乙烯咔唑(PVK)、聚(3-烷基噻吩)(Ρ3ΑΤ)、3_己基取代聚噻吩(Ρ3ΗΤ)、聚 [2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)_1，4-苯撐乙烯撐](MEH-PPV)，聚[2-甲氧基，5-(3，7-二甲基-辛氧基)-對(duì)苯乙烯撐](MDMO-PPV)。按照本發(fā)明所提供的有機(jī)薄膜太陽能電池，其特征在于，所述島狀微結(jié)構(gòu)的aio 的底徑為50 lOOnm，高度小于或等于1 μ m。按照本發(fā)明所提供的有機(jī)薄膜太陽能電池，其特征在于，所述陽極緩沖層材料為聚(3，4-亞乙二氧噻吩)聚苯乙烯基苯磺酸(PED0T:PSS)或者4，4，，4”-三(N-3-甲基苯基-N-苯基-氨基)三苯胺(m-MTDATA)或三氧化鉬(MoO3)或五氧化二釩(V2O5)或三氧化鎢(WO3)等。按照本發(fā)明所提供的有機(jī)薄膜太陽能電池，其特征在于，所述襯底是玻璃或者柔性基片或者金屬薄片，其中柔性基片是超薄的固態(tài)薄片、聚酯類或聚酰亞胺類化合物；所述陽極層是無機(jī)金屬氧化物薄膜或者金屬薄膜，其中無機(jī)金屬氧化物薄膜是氧化銦錫(ITO) 薄膜或者氧化鋅(SiO)薄膜或摻鋁氧化鋅(AZO)或氧化錫鋅薄膜，金屬薄膜是金、鉬、銅、 銀的金屬薄膜；所述陽極層材料也可以是聚(3，4_亞乙二氧噻吩)聚苯乙烯基苯磺酸 (PED0T:PSS)或者聚苯胺(PANI)類的有機(jī)導(dǎo)電聚合物；所述陰極層包括鋰、鎂、鈣、鍶、鋁、 銦、金、銀等功函數(shù)較低的金屬薄膜或者它們的合金薄膜。一種有機(jī)薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟①利用丙酮、乙醇溶液和去離子水對(duì)襯底進(jìn)行超聲清洗，清洗后用干燥氮?dú)獯蹈?；②將襯底移入真空蒸發(fā)室中進(jìn)行陰極層的制備；③通過溶膠-凝膠法、真空蒸鍍、離子團(tuán)束沉積、離子鍍、直流濺射鍍膜、RF濺射鍍膜、離子束濺射鍍膜、離子束輔助沉積、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、高密度電感耦合式等離子體源化學(xué)氣相沉積、觸媒式化學(xué)氣相沉積或磁控濺射的方法在陰極層上制備ZnO薄膜；④采用離子束刻蝕或脈沖激光刻蝕或化學(xué)刻蝕的方法使ZnO薄膜表面形成島狀微結(jié)構(gòu)，制備結(jié)束后先用去離子水清洗，然后在120°C的真空或者氮?dú)獗Ｗo(hù)氣體條件下退火 30分鐘蒸發(fā)掉溶劑；⑤采用真空蒸鍍或浸涂或者噴涂或者旋涂等方法將小分子半導(dǎo)體材料或聚合物ρ 型半導(dǎo)體材料制備在具有島狀微結(jié)構(gòu)的SiO層上，然后在60°C的氮?dú)猸h(huán)境中退火30分鐘除去溶劑；
⑥將基片移入真空蒸發(fā)室中進(jìn)行陽極層的制備；⑦將做好的器件傳送到手套箱進(jìn)行封裝，手套箱為氮?dú)夥諊１景l(fā)明的有益效果本發(fā)明的有機(jī)薄膜太陽能電池中的電子受體層表面具有島狀微結(jié)構(gòu)，不僅極大地減小了反射出有機(jī)薄膜太陽能電池太陽光，使本發(fā)明的半導(dǎo)體材料能夠吸收更多的光能，增加了有機(jī)薄膜電池中產(chǎn)生的激子數(shù)量，同時(shí)還大大增加了電子給體層和電子受體層的界面，使半導(dǎo)體材料產(chǎn)生的激子能夠有效地?cái)U(kuò)散到界面處被分離，產(chǎn)生更多的電子和空穴；本發(fā)明的電子受體層材料為&10，ZnO具有高的電子傳輸能力，可以有效地將界面處生成的電子輸運(yùn)到陰極層，提高了有機(jī)薄膜太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。


圖1是本發(fā)明所提供的有機(jī)薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所提供的實(shí)施例1-6的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明所提供的實(shí)施例7-12的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例3所提供的電子受體層的表面形貌圖；圖5是本發(fā)明所提供的實(shí)施例1和對(duì)比實(shí)施例的性能比較圖，其中，器件A為本發(fā)明實(shí)施例1中的器件，器件B為對(duì)比實(shí)施例中的器件。其中，1、襯底，2、陰極層，3、有機(jī)功能層，31、電子受體層，32、電子給體層，33、陽極緩沖層，4、陽極層。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案是如何提供一種具有島狀微結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)的電子受體層的有機(jī)薄膜太陽能電池及其制備方法，如圖2所示，器件的結(jié)構(gòu)包括襯底1，陰極層2，有機(jī)功能層3，陽極層4，其中陰極層2位于襯底1表面，有機(jī)功能層3位于陽極層2和陰極層4之間， 有機(jī)功能層3包括電子受體層31、電子給體層32，器件在光照下電極產(chǎn)生電壓。如圖3所示，器件的結(jié)構(gòu)包括襯底1，陰極層2，有機(jī)功能層3，陽極層4，其中陰極層2位于襯底1表面，有機(jī)功能層3位于陽極層2和陰極層4之間，有機(jī)功能層3包括電子受體層31、電子給體層32、陽極緩沖層33，器件在光照下電極產(chǎn)生電壓。本發(fā)明中的有機(jī)薄膜太陽能電池中襯底1為電極和有機(jī)薄膜層的依托，它在可見光區(qū)域有著良好的透光性能，有一定的防水汽和氧氣滲透的能力，有較好的表面平整性，它可以是玻璃或柔性基片，柔性基片采用聚酯類、聚酰亞胺化合物中的一種材料或者較薄的
^^ I^l O本發(fā)明的有機(jī)薄膜太陽能電池中陰極層2要求具有較好的導(dǎo)電性能和較低的功函數(shù)，包括鋰、鎂、鈣、鍶、鋁、銦、金、銀等功函數(shù)較低的金屬薄膜或者它們的合金薄膜。本發(fā)明的有機(jī)薄膜太陽能電池中電子受體層31為具有島狀微結(jié)構(gòu)的&10，所述島狀微結(jié)構(gòu)的SiO的底徑為50 lOOnm，高度小于或等于1 μ m。本發(fā)明的有機(jī)薄膜太陽能電池中電子給體層32材料為小分子或聚合物ρ型半導(dǎo)體材料，所述有機(jī)小分子P型半導(dǎo)體材料包括酞菁銅(CuPc)、酞菁鋅(aiPc)、酞菁鐵 O^ePc)、酞菁?xì)?H2Pc)、亞酞菁(SubPc)、酞菁錫(SnPc)、5-乙烯基-2-四聚噻吩(V4T)、5-乙烯基-五聚噻吩(V5T)、α，α - 二(2，2- 二氰基乙烯)_五聚噻吩(DCV5T) ,N, N' -二苯基-Ν，Ν' -二(3-甲基苯基)-1，1'-聯(lián)苯-4，4' -二胺(TPD)、并四苯、并五苯及其衍生物，所述聚合物P型半導(dǎo)體材料包括聚乙烯咔唑(PVK)、聚(3-烷基噻吩)(Ρ3ΑΤ)、3_己基取代聚噻吩(Ρ3ΗΤ)、聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1，4_苯撐乙烯撐](MEH-PPV)，聚 [2-甲氧基，5-(3，7-二甲基-辛氧基)-對(duì)苯乙烯撐](MDMO-PPV)。本發(fā)明的有機(jī)薄膜太陽能電池中陽極緩沖層33材料為聚(3，4_亞乙二氧噻吩) 聚苯乙烯基苯磺酸(PED0T:PSS)或者4，4，，4”-三(N-3-甲基苯基-N-苯基-氨基)三苯胺(m-MTDATA)或三氧化鉬(MoO3)或五氧化二釩(V2O5)或三氧化鎢(WO3)等化合物中的一類。本發(fā)明的有機(jī)薄膜太陽能電池中陽極層4要求有較好的導(dǎo)電性能，可見光透明性以及較高的功函數(shù)，包括無機(jī)金屬氧化物薄膜或者金屬薄膜，其中無機(jī)金屬氧化物薄膜是氧化銦錫(ITO)薄膜或者氧化鋅(SiO)薄膜或摻鋁氧化鋅(AZO)或氧化錫鋅薄膜，金屬薄膜是金、銅、銀的金屬薄膜；所述陽極層材料也可以是聚(3，4_亞乙二氧噻吩)聚苯乙烯基苯磺酸(PED0T:PSS)或者聚苯胺(PANI)類的有機(jī)導(dǎo)電聚合物。實(shí)施例1如圖2所示，器件的襯底1為玻璃，陰極層2為Al，電子受體層31為具有島狀微結(jié)構(gòu)的&ι0，所述島狀微結(jié)構(gòu)的SiO的底徑為50nm，高度為135nm，電子給體層32為P3HT，陽極層4為IT0。整個(gè)器件結(jié)構(gòu)描述為玻璃襯底/Al (IOOnm) /ZnO (150nm) /P3HT (20nm) /ITO(IOOnm)制備方法如下①利用丙酮、乙醇溶液和去離子水對(duì)玻璃襯底進(jìn)行超聲清洗，清洗后用干燥氮?dú)獯蹈?；②將襯底移入真空蒸發(fā)室中進(jìn)行陰極層Al的制備，其氣壓為3X10_3Pa，蒸鍍速率為 0. lnm/s，膜層厚度為lOOnm，蒸鍍速率及厚度由安裝在基片附近的膜厚儀監(jiān)控；③通過磁控濺射的方法在陰極層Al上制備ZnO薄膜，膜層厚度為150nm ；④采用的化學(xué)刻蝕的方法使ZnO薄膜表面形成島狀微結(jié)構(gòu)，制備結(jié)束后先用去離子水清洗，然后在120°C的真空或者氮?dú)獾缺Ｗo(hù)氣體條件下退火30分鐘蒸發(fā)掉溶劑；⑤采用噴涂的方法將P3HT制備在具有島狀微結(jié)構(gòu)的ZnO層上，P3HT層厚度為 20nm，然后在60°C的氮?dú)猸h(huán)境中退火30分鐘除去溶劑；⑥采用磁控濺射的方法制備陽極層IT0，ITO薄膜的厚度為IOOnm ；⑦將做好的器件傳送到手套箱進(jìn)行封裝，手套箱為氮?dú)夥諊?。?duì)比實(shí)施例采用(6，6)_苯基-C61- 丁酸甲酯(PCBM)為有機(jī)薄膜太陽能電池的電子受體層， 除此以外，與實(shí)施1同樣地進(jìn)行。實(shí)施例2如圖2所示，器件的襯底1為玻璃，陰極層2為Ag，電子受體層31為具有島狀微結(jié)構(gòu)的&ι0，所述島狀微結(jié)構(gòu)的SiO的底徑為60nm，高度為180nm，電子給體層32為聚乙烯咔唑(PVK)，陽極層4為IT0。整個(gè)器件結(jié)構(gòu)描述為玻璃襯底 /Ag (IOOnm) /ZnO (200nm) /PVK (30nm) /ITO(IOOnm)
制備方法如下①利用丙酮、乙醇溶液和去離子水對(duì)玻璃襯底進(jìn)行超聲清洗，清洗后用干燥氮?dú)獯蹈?；②將襯底移入真空蒸發(fā)室中進(jìn)行陰極層^Vg的制備，其氣壓為3 X 10_3Pa，蒸鍍速率為 0. lnm/s，膜層厚度為lOOnm，蒸鍍速率及厚度由安裝在基片附近的膜厚儀監(jiān)控；③保持真空蒸發(fā)室的氣壓，通過真空蒸鍍的方法在陰極層Ag上制備ZnO薄膜，蒸鍍速率為 0. lnm/s，膜層厚度為200nm，蒸鍍速率及厚度由安裝在基片附近的膜厚儀監(jiān)控；④將基片移出真空蒸發(fā)室，采用的離子束刻蝕的方法使ZnO薄膜表面形成島狀微結(jié)構(gòu)，制備結(jié)束后先用去離子水清洗，然后在120°C的真空或者氮?dú)獾缺Ｗo(hù)氣體條件下退火 30分鐘蒸發(fā)掉溶劑；⑤采用噴涂的方法將PVK制備在具有島狀微結(jié)構(gòu)的ZnO層上，PVK層厚度為30nm， 然后在60°C的氮?dú)猸h(huán)境中退火30分鐘除去溶劑；⑥采用磁控濺射的方法制備陽極層IT0，ITO薄膜的厚度為IOOnm ；⑦將做好的器件傳送到手套箱進(jìn)行封裝，手套箱為氮?dú)夥諊?。?shí)施例3如圖2所示，器件的襯底1為玻璃，陰極層2為Au，電子受體層31為具有島狀微結(jié)構(gòu)的&ι0，所述島狀微結(jié)構(gòu)的SiO的底徑為70nm，高度為250nm，電子給體層32為聚(3-烷基噻吩)(P3AT)，陽極層4為IT0。整個(gè)器件結(jié)構(gòu)描述為玻璃襯底/Au (IOOnm) /ZnO (300nm) /P3AT (30nm) /ITO(IOOnm)制備方法如下①利用丙酮、乙醇溶液和去離子水對(duì)玻璃襯底進(jìn)行超聲清洗，清洗后用干燥氮?dú)獯蹈桑虎趯⒁r底移入真空蒸發(fā)室中進(jìn)行陰極層Au的制備，其氣壓為3X10_3Pa，蒸鍍速率為 0. lnm/s，膜層厚度為lOOnm，蒸鍍速率及厚度由安裝在基片附近的膜厚儀監(jiān)控；③通過溶膠-凝膠法的方法在陰極層Au上制備ZnO薄膜，膜層厚度為300nm ；④將基片移出真空蒸發(fā)室，采用脈沖激光刻蝕的方法使SiO薄膜表面形成島狀微結(jié)構(gòu)，制備結(jié)束后先用去離子水清洗，然后在120°C的真空或者氮?dú)獾缺Ｗo(hù)氣體條件下退火 30分鐘蒸發(fā)掉溶劑；⑤采用噴涂的方法將P3AT制備在具有島狀微結(jié)構(gòu)的ZnO層上，P3AT層厚度為 30nm，然后在60°C的氮?dú)猸h(huán)境中退火30分鐘除去溶劑；⑥采用磁控濺射的方法制備陽極層IT0，ITO薄膜的厚度為IOOnm ；⑦將做好的器件傳送到手套箱進(jìn)行封裝，手套箱為氮?dú)夥諊?shí)施例4如圖2所示，器件的襯底1為玻璃，陰極層2為Au，電子受體層31為具有島狀微結(jié)構(gòu)的&ι0，所述島狀微結(jié)構(gòu)的SiO的底徑為80nm，高度為^Onm，電子給體層32為聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1，4_苯撐乙烯撐](MEH-PPV)，陽極層4為IT0。整個(gè)器件結(jié)構(gòu)描述為玻璃襯底/Au (IOOnm) /ZnO (300nm) /MEH-PPV (30nm) / ITO (IOOnm)
制備方法如下①利用丙酮、乙醇溶液和去離子水對(duì)玻璃襯底進(jìn)行超聲清洗，清洗后用干燥氮?dú)獯蹈桑虎趯⒁r底移入真空蒸發(fā)室中進(jìn)行陰極層Au的制備，其氣壓為3X10_3Pa，蒸鍍速率為 0. lnm/s，膜層厚度為lOOnm，蒸鍍速率及厚度由安裝在基片附近的膜厚儀監(jiān)控；③通過化學(xué)氣相沉積的方法在陰極層Au上制備ZnO薄膜，膜層厚度為300nm ；④將基片移出真空蒸發(fā)室，采用化學(xué)刻蝕的方法使ZnO薄膜表面形成島狀微結(jié)構(gòu)，制備結(jié)束后先用去離子水清洗，然后在120°C的真空或者氮?dú)獾缺Ｗo(hù)氣體條件下退火 30分鐘蒸發(fā)掉溶劑；⑤采用噴涂的方法將MEH-PPV制備在具有島狀微結(jié)構(gòu)的ZnO層上，MEH-PPV層厚度為30nm，然后在60°C的氮?dú)猸h(huán)境中退火30分鐘除去溶劑；⑥采用磁控濺射的方法制備陽極層IT0，ITO薄膜的厚度為IOOnm ；⑦將做好的器件傳送到手套箱進(jìn)行封裝，手套箱為氮?dú)夥諊?。?shí)施例5如圖2所示，器件的襯底1為玻璃，陰極層2為Ag，電子受體層31為具有島狀微結(jié)構(gòu)的&ι0，所述島狀微結(jié)構(gòu)的SiO的底徑為60nm，高度為374nm，電子給體層32為酞菁銅 (CuPc)，陽極層4為IT0。整個(gè)器件結(jié)構(gòu)描述為玻璃襯底/Au (IOOnm) /ZnO (500nm) /CuPc (30nm) / ITO (IOOnm)制備方法如下①利用丙酮、乙醇溶液和去離子水對(duì)玻璃襯底進(jìn)行超聲清洗，清洗后用干燥氮?dú)獯蹈?；②將襯底移入真空蒸發(fā)室中進(jìn)行陰極層Au的制備，其氣壓為3X10_3Pa，蒸鍍速率為 0. lnm/s，膜層厚度為lOOnm，蒸鍍速率及厚度由安裝在基片附近的膜厚儀監(jiān)控；③保持真空蒸發(fā)室的氣壓，通過真空蒸鍍的方法在陰極層Au上制備ZnO薄膜，蒸鍍速率為 0. lnm/s，膜層厚度為500nm，蒸鍍速率及厚度由安裝在基片附近的膜厚儀監(jiān)控；④將基片移出真空蒸發(fā)室，采用化學(xué)刻蝕的方法使ZnO薄膜表面形成島狀微結(jié)構(gòu)，制備結(jié)束后先用去離子水清洗，然后在120°C的真空或者氮?dú)獾缺Ｗo(hù)氣體條件下退火 30分鐘蒸發(fā)掉溶劑；⑤將基片移入真空蒸發(fā)室，采用真空蒸鍍的方法將CuPc制備在具有島狀微結(jié)構(gòu)的ZnO層上，其氣壓為1 X IO-4Pa,蒸鍍速率為 0. lnm/s,膜層厚度為30nm，蒸鍍速率及厚度由安裝在基片附近的膜厚儀監(jiān)控；⑥采用磁控濺射的方法制備陽極層IT0，ITO薄膜的厚度為IOOnm ；⑦將做好的器件傳送到手套箱進(jìn)行封裝，手套箱為氮?dú)夥諊?。?shí)施例6如圖2所示，器件的襯底1為玻璃，陰極層2為Ag，電子受體層31為具有島狀微結(jié)構(gòu)的&ι0，所述島狀微結(jié)構(gòu)的SiO的底徑為80nm，高度為500nm，電子給體層32為酞菁鋅 (ZnPc)，陽極層4為IT0。整個(gè)器件結(jié)構(gòu)描述為玻璃襯底/Au (IOOnm) /ZnO (600nm) /ZnPc (30nm) / ITO (IOOnm)
制備方法如下①利用丙酮、乙醇溶液和去離子水對(duì)玻璃襯底進(jìn)行超聲清洗，清洗后用干燥氮?dú)獯蹈?；②將襯底移入真空蒸發(fā)室中進(jìn)行陰極層Au的制備，其氣壓為3X10_3Pa，蒸鍍速率為 0. lnm/s，膜層厚度為lOOnm，蒸鍍速率及厚度由安裝在基片附近的膜厚儀監(jiān)控；③保持真空蒸發(fā)室的氣壓，通過真空蒸鍍的方法在陰極層Au上制備ZnO薄膜，蒸鍍速率為 0. lnm/s，膜層厚度為600nm，蒸鍍速率及厚度由安裝在基片附近的膜厚儀監(jiān)控；④將基片移出真空蒸發(fā)室，采用化學(xué)刻蝕的方法使ZnO薄膜表面形成島狀微結(jié)構(gòu)，制備結(jié)束后先用去離子水清洗，然后在120°C的真空或者氮?dú)獾缺Ｗo(hù)氣體條件下退火 30分鐘蒸發(fā)掉溶劑；⑤將基片移入真空蒸發(fā)室，采用真空蒸鍍的方法將SiPc制備在具有島狀微結(jié)構(gòu)的ZnO層上，其氣壓為1 X IO-4Pa,蒸鍍速率為 0. lnm/s,膜層厚度為30nm，蒸鍍速率及厚度由安裝在基片附近的膜厚儀監(jiān)控；⑥采用磁控濺射的方法制備陽極層IT0，ITO薄膜的厚度為IOOnm ；⑦將做好的器件傳送到手套箱進(jìn)行封裝，手套箱為氮?dú)夥諊?shí)施例7如圖3所示，器件的襯底1為玻璃，陰極層2為Al，電子受體層31為表面為具有島狀微結(jié)構(gòu)的&ι0，所述島狀微結(jié)構(gòu)的SiO的底徑為60nm，高度為300nm，電子給體層32為 P3TH,陽極緩沖層33為聚(3，4-亞乙二氧噻吩)聚苯乙烯基苯磺酸(PED0T:PSS)，陽極層 4為AZ0。整個(gè)器件結(jié)構(gòu)描述為玻璃襯底/Al (IOOnm) /ZnO (400nm) /P3TH(20nm) /PEDOTPSS (5nm) /AZO (IOOnm)制備方法與實(shí)施例1相類似。實(shí)施例8如圖3所示，器件的襯底1為玻璃，陰極層2為Al，電子受體層31為表面為具有島狀微結(jié)構(gòu)的&ι0，所述島狀微結(jié)構(gòu)的SiO的底徑為80nm，高度為176nm，電子給體層32為 P3AH，陽極緩沖層33為4，4，，4”-三(N-3-甲基苯基-N-苯基-氨基)三苯胺(m-MTDATA)， 陽極層4為AZ0。整個(gè)器件結(jié)構(gòu)描述為玻璃襯底/Al (IOOnm) /ZnO (200nm) /P3AH(30nm) /m-MTDATA (4nm) /AZO (IOOnm)制備方法與實(shí)施例1相類似。實(shí)施例9如圖3所示，器件的襯底1為玻璃，陰極層2為Ag，電子受體層31為表面為具有島狀微結(jié)構(gòu)的&ι0，所述島狀微結(jié)構(gòu)的SiO的底徑為60nm，高度為250nm，電子給體層32為 MEH-PPV，陽極緩沖層33為三氧化鉬(MoO3)，陽極層4為AZ0。整個(gè)器件結(jié)構(gòu)描述為玻璃襯底/Ag (IOOnm) /ZnO (300nm) /MEH-PPV (30nm) /MoO3 (3nm) /AZO (IOOnm)制備方法與實(shí)施例1相類似。實(shí)施例10如圖3所示，器件的襯底1為玻璃，陰極層2為Au，電子受體層31為表面為具有島狀微結(jié)構(gòu)的&ι0，所述島狀微結(jié)構(gòu)的SiO的底徑為80nm，高度為4Mnm，電子給體層32為聚乙烯咔唑(PVK)，陽極緩沖層33為五氧化二釩(V2O5)，陽極層4為ΑΖ0。整個(gè)器件結(jié)構(gòu)描述為玻璃襯底/Au (IOOnm) /ZnO (500nm) /PVK (20nm) /V2O5 (4nm) /AZO(IOOnm)制備方法與實(shí)施例1相類似。實(shí)施例11如圖3所示，器件的襯底1為玻璃，陰極層2為Au，電子受體層31為表面為具有島狀微結(jié)構(gòu)的&ι0，所述島狀微結(jié)構(gòu)的SiO的底徑為90nm，高度為732nm，電子給體層32為酞菁鐵(FePc)，陽極緩沖層33為三氧化鎢(WO3)，陽極層4為AZ0。整個(gè)器件結(jié)構(gòu)描述為玻璃襯底/Au (IOOnm) /ZnO (900nm) /FePc (30nm) /WO3 (3nm) /AZO(IOOnm)制備方法與實(shí)施例1相類似。實(shí)施例12如圖3所示，器件的襯底1為玻璃，陰極層2為Au，電子受體層31為表面為具有島狀微結(jié)構(gòu)的&ι0，所述島狀微結(jié)構(gòu)的SiO的底徑為lOOnm，高度為Ιμπι，電子給體層32為酞菁錫(SnPc)，陽極緩沖層33為三氧化鉬(MoO3)，陽極層4為ΑΖ0。整個(gè)器件結(jié)構(gòu)描述為玻璃襯底/Au (IOOnm) /ZnO (1. 2 μ m) /SnPc (30nm) /MoO3 (4nm) /AZO(IOOnm)制備方法與實(shí)施例1相類似。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)薄膜太陽能電池，包括襯底、陽極層、陰極層、設(shè)置在陽極層和陰極層之間的有機(jī)功能層，有機(jī)功能層至少包括電子給體層和電子受體層，所述有機(jī)功能層還包括陽極緩沖層，其特征在于，所述電子受體層為具有島狀微結(jié)構(gòu)的ZnO層，所述電子給體層材料為小分子P型半導(dǎo)體材料或聚合物P型半導(dǎo)體材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜太陽能電池，其特征在于，所述有機(jī)小分子P型半導(dǎo)體材料包括酞菁銅、酞菁鋅、酞菁鐵、酞菁?xì)?、亞酞菁、酞菁錫、5-乙烯基-2-四聚噻吩、5-乙烯基-五聚噻吩、α，α - 二(2，2- 二氰基乙烯)_五聚噻吩、N, N' - 二苯基-N， N' -二(3-甲基苯基)-1，1'-聯(lián)苯-4，4' -二胺、并四苯或并五苯及其衍生物；所述聚合物P型半導(dǎo)體材料包括聚乙烯咔唑、聚(3-烷基噻吩)、3_己基取代聚噻吩、聚[2-甲氧基-5- (2-乙基己氧基)-1，4-苯撐乙烯撐]，聚[2-甲氧基，5- (3，7- 二甲基-辛氧基)-對(duì)苯乙烯撐]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜太陽能電池，其特征在于，所述島狀微結(jié)構(gòu)的ZnO的底徑為50 lOOnm，高度小于或等于1 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜太陽能電池，其特征在于，所述陽極緩沖層材料為聚(3，4-亞乙二氧噻吩)聚苯乙烯基苯磺酸或者4，4 ’，4 ”-三(N-3-甲基苯基-N-苯基-氨基)三苯胺或三氧化鉬或五氧化二釩或三氧化鎢。
5.一種有機(jī)薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟①利用丙酮、乙醇溶液和去離子水對(duì)襯底進(jìn)行超聲清洗，清洗后用干燥氮?dú)獯蹈桑虎趯⒁r底移入真空蒸發(fā)室中進(jìn)行陰極層的制備；③通過溶膠-凝膠法、真空蒸鍍、離子團(tuán)束沉積、離子鍍、直流濺射鍍膜、RF濺射鍍膜、 離子束濺射鍍膜、離子束輔助沉積、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、高密度電感耦合式等離子體源化學(xué)氣相沉積、觸媒式化學(xué)氣相沉積或磁控濺射的方法在陰極層上制備ZnO薄膜；④采用離子束刻蝕或脈沖激光刻蝕或化學(xué)刻蝕的方法使ZnO薄膜表面形成島狀微結(jié)構(gòu)，制備結(jié)束后先用去離子水清洗，然后在120°C的真空或者氮?dú)獗Ｗo(hù)氣體條件下退火30 分鐘蒸發(fā)掉溶劑；⑤采用真空蒸鍍或浸涂或者噴涂或者旋涂等方法將小分子P型半導(dǎo)體材料或聚合物P 型半導(dǎo)體材料制備在具有島狀微結(jié)構(gòu)的SiO層上，然后在60°C的氮?dú)猸h(huán)境中退火30分鐘除去溶劑；⑥將基片移入真空蒸發(fā)室中進(jìn)行陽極層的制備；⑦將做好的器件傳送到手套箱進(jìn)行封裝，手套箱為氮?dú)夥諊?br> 全文摘要
本發(fā)明公開了一種有機(jī)薄膜太陽能電池，包括襯底、陽極層、陰極層、設(shè)置在陽極層和陰極層之間的有機(jī)功能層，有機(jī)功能層至少包括電子給體層和電子受體層，其特征在于，所述電子受體層為具有島狀微結(jié)構(gòu)的ZnO層，所述電子給體層為小分子p型半導(dǎo)體材料或聚合物p型半導(dǎo)體材料。采用具有島狀微結(jié)構(gòu)的ZnO作為電子受體層，增加了器件中激子產(chǎn)生的數(shù)量以及將界面處的電子和空穴傳輸?shù)诫姌O層的能力，提高了有機(jī)薄膜太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)H01L51/48GK102201536SQ20111013272
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者于軍勝, 蔣亞東, 陳蘇杰, 黃干欽, 黃江 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)