專利名稱：一種柔性有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種柔性有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池的制備方法。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)電池是將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。研究和應(yīng)用最廣泛的太陽(yáng)電池主要是單晶硅、多晶硅和非晶硅系列電池。由于硅電池對(duì)材料要求苛刻，器件加工工藝復(fù)雜，且不易進(jìn)行大面積加工，生產(chǎn)成本高，限制了其大規(guī)模使用。除硅系列外，可供制造太陽(yáng)電池的半導(dǎo)體材料還有很多，例如GaAs、GaSb, GaInP, CuInSe2, CdS和CdTe等多元化合物。它們光電轉(zhuǎn)換效率高，但由于Ga、In是稀有元素，Cd、As是有毒元素，因此這類電池的發(fā)展受到資源、環(huán)境的限制。有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池以其原料易得、廉價(jià)、制備工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境污染少等特點(diǎn)，日益被人們所重視。目前大多數(shù)有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池都在硬質(zhì)襯底上制造，不能卷繞式大規(guī)模生產(chǎn)，所得的太陽(yáng)電池質(zhì)量大，不易運(yùn)輸、安裝和使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種柔性有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池的制備方法，以降低太陽(yáng)電池生產(chǎn)成本、減輕重量、提高光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明提供一種柔性有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池的制備方法，包括以下步驟
(1)清洗襯底；
(2)在真空條件下對(duì)襯底進(jìn)行轟擊和烘烤，以清除襯底所包含的揮發(fā)性物質(zhì)；
(3)電阻加熱蒸發(fā)沉積光吸收層；
(4)電阻加熱蒸發(fā)沉積激子阻擋層；
(5)通過(guò)掩膜蒸鍍獲得鋁電極。優(yōu)選地，襯底為鍍有氧化銦錫(ITO)透明導(dǎo)電層的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET) 柔性襯底；光吸收層含有銅酞菁(CuPc)層和富勒烯(C6tl)層；激子阻擋層為銅酞菁層。更優(yōu)選地，光吸收層還含有銅酞菁、富勒烯共混層。其中激子阻擋層的厚度為9-llnm。各步驟優(yōu)選的工藝條件如下步驟(2)中，背景壓力為30 時(shí)轟擊10分鐘，轟擊電流為30mA ；背景壓力5 X KT3Pa下烘烤30分鐘，烘烤溫度為30°C ；步驟(3)、(4)、(5)中， 通過(guò)石英晶體微天平實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各層厚度，控制有機(jī)層生長(zhǎng)速率為lOnm/min，鋁膜生長(zhǎng)速率為30nm/min ；步驟(5)中，鋁電極厚度為70nm，電極有效面積為5mmX5mm。本發(fā)明的關(guān)鍵步驟是步驟(4)，在蒸發(fā)完畢光吸收層后，繼續(xù)蒸鍍激子阻擋層。激子阻擋層的主要作用有一、阻止光吸收層的激子通過(guò)鋁電極逃逸，提高激子收集效率； 二、阻擋鋁電極制備過(guò)程中鋁蒸汽通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入光吸收層，保護(hù)光吸收層不被破壞；三、阻擋環(huán)境中的氧氣和水分滲透到光吸收層。
本發(fā)明制備的柔性有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池以鍍有氧化銦錫(ITO)透明導(dǎo)電層的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜為正極，銅酞菁(CuPc)和富勒烯(C6tl)按不同層數(shù)、厚度、比例制成的有機(jī)層為光吸收層，CuPc膜為激子阻擋層，鋁膜為負(fù)極。電池結(jié)構(gòu)為ITO/CuPc/CuPc C60/C60/CuPc/A1。本發(fā)明提供了一種完整的具有產(chǎn)業(yè)化潛力的柔性有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池制備工藝。所采用的柔性襯底為鍍有ITO透明導(dǎo)電層的柔性PET膜，此柔性有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池最大的特點(diǎn)是襯底材料輕柔，可以卷繞式大面積生產(chǎn)，太陽(yáng)電池可適度彎曲。


圖1為本發(fā)明的柔性有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
選鍍有氧化銦錫(ITO)透明導(dǎo)電層的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜為襯底，在丙酮中超聲清洗5分鐘，用雙蒸水沖洗，在80°C烘干20分鐘。清洗后的襯底的方塊電阻為 90 Ω / □，透光率為80%。采用高真空鍍膜機(jī)，將襯底挾在基片架上，基片架與蒸發(fā)源的距離為13cm，將有機(jī)原料置于蒸發(fā)舟，關(guān)好真空室。當(dāng)真空室的真空度為30 左右時(shí)開始轟擊處理襯底10分鐘，轟擊電流為30mA。繼續(xù)抽真空至5X10_3!^左右，在30°C下烘烤30分鐘。緩慢增大蒸發(fā)電流，先后蒸發(fā)沉積CuPc光吸收層、CuPc與C6tl共混光吸收層、C6tl光吸收層和CuPc激子阻擋層。完畢后，通過(guò)掩膜蒸鍍獲得鋁電極，控制電極面積為5mmX5mm。在蒸鍍過(guò)程中，基片架以均勻的速度旋轉(zhuǎn)保證膜厚均勻，用石英晶體微天平實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各層厚度，控制有機(jī)層生長(zhǎng)速率為lOnm/min、鋁電極生長(zhǎng)速率為30nm/min，鋁膜厚度為70nm。最后，在lOmW/cm2 的模擬太陽(yáng)光下測(cè)試電池的性能。光吸收層的制造分別將CuPc、按1 2摩爾比混合均勻的CuPc和C6tl混合物、C60置于真空室中的三個(gè)蒸發(fā)舟中，順序蒸發(fā)沉積IOnm CuPc、90nm CuPc C6tl混合物、20nm C6tl和 9nm CuPc0獲得的柔性有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池性能參數(shù)為短路電流密度Jsc=O. 80mA/cm2，開路電壓V。。=0. 257V，填充因子FF=39%，光電轉(zhuǎn)換效率η =0. 80%。實(shí)施例2
選鍍有氧化銦錫(ITO)透明導(dǎo)電層的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜為襯底，在丙酮中超聲清洗5分鐘，用雙蒸水沖洗，在80°C烘干20分鐘。清洗后的襯底的方塊電阻為 90 Ω / □，透光率為80%。采用高真空鍍膜機(jī)，將襯底挾在基片架上，基片架與蒸發(fā)源的距離為13cm，將有機(jī)原料置于蒸發(fā)舟，關(guān)好真空室。當(dāng)真空室的真空度為30 左右時(shí)開始轟擊處理襯底10分鐘，轟擊電流為30mA。繼續(xù)抽真空至5X10_3!^左右，在30°C下烘烤30分鐘。緩慢增大蒸發(fā)電流，先后蒸發(fā)CuPc光吸收層、CuPc與C6tl共混光吸收層、C60光吸收層、CuPc激子阻擋層。完畢后，通過(guò)掩膜蒸鍍獲得鋁電極，控制電極面積為5mmX5mm。在蒸鍍過(guò)程中，基片架以均勻的速度旋轉(zhuǎn)保證膜厚均勻，用石英晶體微天平實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各層厚度，控制有機(jī)層生長(zhǎng)
4速率為lOnm/min、鋁電極生長(zhǎng)速率為30nm/min，鋁膜厚度為70nm。最后，在lOmW/cm2的模擬太陽(yáng)光下測(cè)試電池的性能。光吸收層的制造分別將CuPc、按1:2摩爾比混合均勻的CuPc和C6tl混合物、C6tl 置于真空室中的三個(gè)蒸發(fā)舟，順序蒸發(fā)沉積IOnm CuPc,90nm CuPc C6tl混合物、20nm C6tl和 Ilnm CuPc0獲得的柔性有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池性能參數(shù)為短路電流密度Jsc=O. 76mA/cm2,開路電壓V。。=0. 269V,填充因子FF=41%，光電轉(zhuǎn)換效率η =0. 85%。
權(quán)利要求
1.一種柔性有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)清洗襯底；(2)在真空條件下對(duì)襯底進(jìn)行轟擊和烘烤；(3)電阻加熱蒸發(fā)沉積光吸收層；(4)電阻加熱蒸發(fā)沉積激子阻擋層；(5)通過(guò)掩膜蒸鍍獲得鋁電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的柔性有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池的制備方法，其特征在于襯底為鍍有氧化銦錫透明導(dǎo)電層的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的柔性有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池的制備方法，其特征在于光吸收層含有銅酞菁層和富勒烯層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的柔性有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池的制備方法，其特征在于光吸收層還含有銅酞菁、富勒烯共混層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的柔性有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池的制備方法，其特征在于激子阻擋層為銅酞菁層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的柔性有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池的制備方法，其特征在于激子阻擋層的厚度為 9-llnm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的柔性有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池的制備方法，其特征在于步驟(2)中，背景壓力為30 時(shí)轟擊10分鐘，轟擊電流為30mA ；背景壓力5X KT3Pa下烘烤30分鐘，烘烤溫度為300C 0
8.根據(jù)權(quán)利要求1的柔性有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池的制備方法，其特征在于步驟(3)、(4)、 (5)中，控制有機(jī)層生長(zhǎng)速率為lOnm/min，鋁膜生長(zhǎng)速率為30nm/min。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的柔性有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池的制備方法，其特征在于步驟(5)中，鋁電極厚度為70nm，電極有效面積為5mmX5mm。
10.權(quán)利要求廣9中任一項(xiàng)的柔性有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池的制備方法所制備的太陽(yáng)電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種柔性有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池的制備方法，屬于太陽(yáng)電池技術(shù)領(lǐng)域。柔性有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池以鍍有氧化銦錫(ITO)透明導(dǎo)電層的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜作正極，銅酞菁(CuPc)、富勒烯(C60)按不同層數(shù)、厚度和比例制成的有機(jī)層作為光吸收層，CuPc膜為激子阻擋層，鋁膜為負(fù)極。其特點(diǎn)是含有激子阻擋層。電池結(jié)構(gòu)為ITO/CuPc/CuPc:C60/C60/CuPc/Al。制備方法如下清洗柔性襯底，將襯底、有機(jī)原料置入真空室中，進(jìn)行轟擊、烘烤處理襯底后，電阻加熱蒸發(fā)沉積光吸收層、激子阻擋層，最后通過(guò)掩膜蒸鍍沉積鋁電極。本發(fā)明的柔性有機(jī)薄膜太陽(yáng)電池具有成本低、重量輕、制造工藝簡(jiǎn)單、可適度彎曲、光電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L51/48GK102403461SQ20111038549
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者梁氏秋水, 陳振興 申請(qǐng)人:中山大學(xué)