CN102088060A - 一种叠层有机薄膜太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

一种叠层有机薄膜太阳能电池及其制备方法 Download PDF

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臧月
王娜娜
黄江
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Abstract

本发明公开了一种叠层有机薄膜太阳能电池器件，它依次包括衬底、透明阳极层、阳极缓冲层、有机光电转换层1、连接层、有机光电转换层2、阴极缓冲层和阴极层，所述连接层有以下两种方式中的一种构成：①增反膜和空穴传输层组合而成的连接层；②增反膜、金属薄层和空穴传输层组合而成的连接层。该增反膜可以按所指定的波长范围，提高连接层的反射率。同时，该增反膜具有较好的电子传输特性，保证了电子和空穴在连接层有效的复合。本发明制备的叠层有机薄膜太阳能电池具有能量转换效率高，稳定性好的特点。

Description

一种叠层有机薄膜太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及电子元器件中有机光电器件技术领域，具体涉及一种叠层有机薄膜太阳能电池及其制备方法。
背景技术
进入21世纪，随着现代工业的飞速发展，人类面临着能源减少和环境污染的双重压力。1954年，贝尔实验室报道了光电转换效率达到6％的太阳能电池，标志着实用化太阳能研究的开始，开创了光电转换的首例。目前，无机太阳能电池的能量转换效率已达到40.7％以上。虽然无机太阳能电池早已商品化，然而其加工工艺复杂，材料要求苛刻，成本太高。同时，其成熟技术的转换效率已基本达到极限值，要想进一步提高受到很大的限制。与之相比，有机薄膜太阳能电池具有如下优点：通过多种途径改变和提高材料光谱吸收能力、扩展光谱吸收范围；制作工艺简单，可采用旋转法流延法大面积成膜，制成大的尺寸；电池制作可多样化；此外，由于有机材料具有资源广泛、合成工艺简单等特点，使得有机薄膜太阳能电池的制作成本低廉，这也是有机薄膜太阳能电池实用化最具竞争能力的因素。
1986年，C.W.Tang等人模仿无机异质结太阳能电池，采用小分子材料制备了双层结构CuPc/PTCBI异质结器件，能量转换效率为0.95％，这一突破式的进展为有机薄膜太阳能电池的研究开辟了新天地。从此，人们在材料合成，器件结构设计，载流子传输等诸多方面进行了深入的研究。1992年，Sariciftci等人发现了共轭聚合物MEHPPV与C60之间存在光诱导电荷转移现象，这引起了全世界的关注。几年后，Yu和Heeger等创造性地用MEHPPV和C60衍生物混合，制作体相异质结(Bulk Heterojunction)太阳能电池，形成电子给体材料和受体材料连续的互穿网络的结构，大大提高了器件的效率。叠层有机薄膜太阳能电池是近年来国内外研究的一个重要方向。2007年Alan J.Heeger等人在Science上报道了一个采用窄能隙结构单元作为第一层的叠层器件，其能量转换效率达到了6.5％。
增强有机薄膜太阳能电池对太阳光的吸收是提高其能量转换效率的重要方法之一。太阳光谱的能量分布很宽，而单一材料的吸收范围有限，因此只有部分太阳光能量被吸收。另外，电池中没有被吸收的太阳光能量可使材料产生热效应，使电池性能退化。叠层结构很好的解决了这两个问题，它可以利用不同材料的不同吸收范围，增加对太阳光谱的吸收，提高效率和减少器件性能的退化。
在叠层有机薄膜太阳能电池中，一般前电池为半透明结构且带隙较宽，吸收波长较短的太阳光，而后电池带隙较窄，吸收波长较长的太阳光。众所周之，当两个电池串联时，开路电压接近于两个子电池的开路电压之和，而短路电流则由两个子电池中短路电流较小的决定。因此，前电池相对较小的电流限制了整个叠层有机薄膜太阳能电池的电流，进而限制了叠层电池的能量转换效率。
近年来，人们提出并开发了具有不同结构的连接层，例如在专利200680007095.3中，连接层由单层的透光氧化物或透光氮化物构成，此连接层用于避免第二发电层的溶液中的溶剂对第一发电层造成破坏；又例如专利201010184894.6中，连接层由三氧化钼层，金属银或金或铂层，金属铝层和金属钙或镁层构成，此连接层用于倒置型结构中，该连接层不但具有高的透过性和有效地连接子电池，还起到保护已制备的下层吸光层的作用。
发明内容
本发明所要解决的问题是：如何提供一种叠层有机薄膜太阳能电池及其制备方法，该叠层有机薄膜太阳能电池的连接层有以下两种方式中的一种构成：①增反膜和空穴传输层组合而成的连接层；②增反膜、金属薄层和空穴传输层组合而成的连接层，该有机器件在减小有机光电转换层1的厚度的情况下，可以提高叠层有机薄膜太阳能电池的短路电流并保证稳定性，最终提高叠层有机薄膜太阳能电池的能量转换效率。
本发明所提出的技术问题是这样解决的：构造一种叠层有机薄膜太阳能电池，依次包括衬底、透明阳极层、阳极缓冲层、有机光电转换层1、连接层、有机光电转换层2、阴极缓冲层和阴极层，所述连接层有以下两种方式中的一种构成：①由增反膜和空穴传输层构成的组合层；②由增反膜、金属薄层和空穴传输层构成的组合层，其特征在于，所述增反膜为高折射率的透明材料，同时具有良好的电子传输特性。
按照本发明提供的叠层有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述增反膜材料为金属氧化物或金属硫化物或氮化物，金属氧化物包括氧化钙(CaO)、五氧化二钽(Ta2O5)、二氧化钛(TiO2)、二氧化锆(ZrO2)、氧化铜(CuO)、氧化锌(ZnO)、三氧化二铝(Al2O3)、三氧化二铬(Cr2O3)、二氧化锡(SnO2)、氧化镍(NiO)、五氧化二锑(Sb2O5)，金属硫化物包括二硫化钛(TiS2)、硫化铁(FeS)、三硫化二铬(Cr2S3)、硫化铜(CuS)、硫化锌(ZnS)、二硫化锡(SnS2)、硫化镍(NiS)、三硫化二钴(Co2S3)、三硫化二锑(Sb2S3)、硫化铅(PbS)、三硫化二镧(La2S3)、硫化铈(CeS)、二硫化锆(ZrS2)，氮化物包括氮化硅(Si3N4)、氮化铝(AlN)。
按照本发明提供的叠层有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述增反膜的厚度为5～40nm。
按照本发明提供的叠层有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述金属薄层为金或银或铜或铂或锂或镁或钙或锶或铝或铟或它们的合金薄膜，金属薄膜的厚度为0.2～2nm。
按照本发明提供的叠层有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层材料为具有空穴传输特性的有机化合物材料或无机化合物材料，所述有机化合物材料为酞菁衍生物，萘酞菁衍生物，卟啉衍生物，芳香二胺化合物，聚合物材料，酞菁衍生物包括酞菁铜(CuPc)、酞菁锌(ZnPc)，芳香二胺化合物包括4，4’，4”-三(N-3-甲基苯基-N-苯基-氨基)三苯胺(m-MTDATA)、N，N’-双(3-甲基苯基)-(1，1’-联苯)-4’-二胺(TPD)、4，4’-双[N-(萘基)-N-苯基-氨基]联苯(α-NPD)，聚合物材料包括3，4-乙撑二氧噻吩混合聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、聚苯胺(PANI)类有机导电聚合物，所述无机化合物材料包括三氧化钼(MoO3)、五氧化二钒(V2O5)、三氧化钨(WO3)。
按照本发明提供的叠层有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述衬底是玻璃或者柔性基片或者金属薄片，其中柔性基片是超薄的固态薄片、聚酯类或聚酞亚胺类化合物。
按照本发明提供的叠层有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述透明阳极层要求具有较好的导电性能、透光性以及较高的功函数，该透明阳极层为金属氧化物薄膜或者功函数较高的金属薄膜或者有机导电聚合物，金属氧化物薄膜为氧化铟锡(ITO)薄膜或者氧化锌(ZnO)薄膜或者氧化锡锌薄膜，金属薄膜为金、铜、银、铂或者它们的合金薄膜，有机导电聚合物为3，4-乙撑二氧噻吩混合聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)或聚苯胺(PANI)。
按照本发明提供的叠层有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述阳极缓冲层材料为功函数较高的无机化合物或者具有低的最高被占用能级(HOMO)的有机化合物，无机化合物包括三氧化钼(MoO3)、五氧化二钒(V2O5)、三氧化钨(WO3)，有机化合物为酞菁衍生物，萘酞菁衍生物，卟啉衍生物，芳香二胺化合物，聚合物材料，酞菁衍生物包括酞菁铜(CuPc)、酞菁锌(ZnPc)，芳香二胺化合物包括4，4’，4”-三(N-3-甲基苯基-N-苯基-氨基)三苯胺(m-MTDATA)、N，N’-双(3-甲基苯基)-(1，1’-联苯)-4’-二胺(TPD)、4，4’-双[N-(萘基)-N-苯基-氨基]联苯(α-NPD)，聚合物材料包括3，4-乙撑二氧噻吩混合聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、聚苯胺(PANI)类有机导电聚合物。
按照本发明提供的叠层有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述有机光电转换层1要求吸收波长300～700nm的可见光，该有机光电转换层1为有机给体材料和有机受体材料构成的异质结，有机给体材料为噻吩类材料，聚对苯乙炔(PPV)及其衍生物，芳香胺类材料，稠环芳香化合物和酞菁染料，其中噻吩类材料包括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)、(5，5-二辛基-[2，2′；5′，2”；5”，2]四聚噻吩)-交替-(2，7-芴-9-酮)]共聚物(PQTF8)、聚(3-烷基噻吩)(P3AT)、3-己基取代聚噻吩(P3HT)，PPV衍生物包括聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1，4-苯撑乙烯撑](MEH-PPV)，聚[2-甲氧基，5-(3，7-二甲基-辛氧基)-对苯乙烯撑](MDMO-PPV)，芳香胺类材料包括N，N′-二苯基-N，N′-二(3-甲基苯基)-1，1′-联苯-4，4′-二胺(TPD)，稠环芳香化合物包括并四苯(Tetracene)、并五苯(Pentacene)，酞菁染料包括酞菁氢(H2Pc)、亚酞菁(SubPc)、酞菁铜(CuPc)、酞菁锌(ZnPc)、酞菁锡(SnPc)；有机受体材料为C60及其衍生物，噻吩类材料，PPV衍生物，稠环芳香化合物，C60衍生物包括(6，6)-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)、(6，6)-苯基-C61-丁酸丁酯(PCBB)、1-(3-甲氧羰基)丙基-1-噻吩基-[6，6]-亚甲基富勒烯(ThCBM)，噻吩类材料包括二氰基乙烯基-三聚噻吩(DCV3T)、聚(3-氰基-4-己基噻吩)(P3CN4HT)，PPV衍生物包括[氧杂-1，4-亚苯基-1，2-(1-氰基)-亚乙烯基-2，5-二辛氧-1，4-亚苯基-1，2-(2-氰基)-亚乙烯基-1，4-亚苯基]聚合物(CN-Ether-PPV)、聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-α-氰基-对苯乙烯撑](MEH-CN-PPV)，稠环芳香化合物材料包括3，4，9，10-苝四羧基-双苯并咪唑(PTCBI)、3，4，9，10-苝四甲酸二酐(PTCDA)。
按照本发明提供的叠层有机薄膜太阳能电池，其特征在于，有机光电转换层2要求吸收波长700～1100nm的近红外光，该有机光电转换层2为有机给体材料和有机受体材料构成的异质结，有机给体材料为噻吩类材料或酞菁染料，其中噻吩类材料包括聚(4，4′-双(2-乙基己基)二噻吩并[3，2-b：2′，3′-d]噻咯)-2，6-联苯-ALT-(2，1，3-苯并噻二唑)-4，7-联苯(PSBTBT)、[2，6-(4，4-二-(2-乙基己基)-4H-环戊烯[2，1-b；3，4-b′]-二噻吩)-交替-4，7-(2，1，3-苯并噻二唑)]共聚物(PCPDTBT)、噻吩(3，4-b)并噻吩和苯并二噻吩的共聚物(PTB)，酞菁染料包括氯代亚-2，3-萘酞菁硼(SubNc)、氯代酞菁铝(ClAlPc)、萘酞菁铜(CuNc)；有机受体材料为C60及其衍生物，噻吩类材料，PPV衍生物，稠环芳香化合物，C60衍生物包括(6，6)-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)、(6，6)-苯基-C61-丁酸丁酯(PCBB)、1-(3-甲氧羰基)丙基-1-噻吩基-[6，6]-亚甲基富勒烯(ThCBM)，噻吩类材料包括二氰基乙烯基-三聚噻吩(DCV3T)、聚(3-氰基-4-己基噻吩)(P3CN4HT)，PPV衍生物包括[氧杂-1，4-亚苯基-1，2-(1-氰基)-亚乙烯基-2，5-二辛氧-1，4-亚苯基-1，2-(2-氰基)-亚乙烯基-1，4-亚苯基]聚合物(CN-Ether-PPV)、聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-α-氰基-对苯乙烯撑](MEH-CN-PPV)，稠环芳香化合物材料包括3，4，9，10-苝四羧基-双苯并咪唑(PTCBI)、3，4，9，10-苝四甲酸二酐(PTCDA)。
按照本发明提供的叠层有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述阴极缓冲层材料为功函数较低的无机化合物或者具有高的最低未被占用能级(LUMO)的有机化合物，无机化合物包括碳酸铯(Cs2CO3)、氟化锂(LiF)、氧化钙(CaO)、氧化钛(TiOX)、氧化锌(ZnO)，有机化合物为金属有机配合物、吡啶类、邻菲咯啉类、噁二唑类或咪唑类化合物材料中的一种材料，其中金属有机配合物包括8-羟基喹啉铝(Alq3)、二(2-甲基-8-喹啉并)-4-(苯基苯酚)铝(BAlq)，吡啶类化合物包括三[2，4，6-三甲基-3-(吡啶-3-yl)苯基]-硼烷(3TPYMB)，邻菲咯啉类化合物包括2，9-二甲基-4，7-联苯-1，10-邻二氮杂菲(BCP)、4，7-联苯-1，10-邻二氮杂菲(BPhen)，噁二唑类电子传输材料是2-(4-二苯基)-5-(4-叔丁苯基)-1，3，4-噁二唑(PBD)、1，3-二[(4-三元胺-丁基苯基)-1，3，4-重氮基酸-5-yl]苯(OXD-7)，咪唑类化合物是1，3，5-三(N-苯基-苯并咪唑-2)苯(TPBI)。
按照本发明提供的叠层有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述阴极层为金属氧化物薄膜或者功函数较低的金属薄膜或者有机导电聚合物，金属氧化物薄膜为氧化铟锡(ITO)薄膜或者氧化锌(ZnO)薄膜或者氧化锡锌薄膜，金属薄膜为锂或镁或钙或锶或铝或铟或它们与铜或金或银的合金薄膜，有机导电聚合物为3，4-乙撑二氧噻吩混合聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)。
本发明所提出的第二个技术问题是这样解决的：提供一种叠层有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
①利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水对衬底进行超声清洗，清洗后用高压氮气干燥；
②将衬底移入真空镀膜室中依次进行透明阳极层、阳极缓冲层、有机光电转换层1、增反膜、金属薄层、空穴传输层、有机光电转换层2、阴极缓冲层和阴极层的制备，所述透明阳极层、阳极缓冲层、有机光电转换层1、增反膜、金属薄层、空穴传输层、有机光电转换层2、阴极缓冲层和阴极层是通过真空蒸镀、离子团束沉积、离子镀、直流溅射镀膜、RF溅射镀膜、离子束溅射镀膜、离子束辅助沉积、等离子增强化学气相沉积、高密度电感耦合式等离子体源化学气相沉积、触媒式化学气相沉积、磁控溅射、电镀、旋涂、浸涂、喷墨打印、辊涂、LB膜中的一种或者几种方式而形成氧化镍、氧化锑、氧化铅、氧化银、金属硫化物包括硫化钛、硫化铁、硫化铬、硫化铜、硫化锌、硫化锡、硫化镍、硫化钒、硫化钴、硫化锑、硫化铅、硫化银、硫化镧、硫化铈、硫化钼、硫化钨、硫化锆，氮化物包括氮化硅、氮化铝，增反膜的厚度为5～40nm；
③测试器件的电流密度-电压特性。
本发明所提供的叠层有机薄膜太阳能电池，由有机光电转换层1构成的前电池吸收波长较短的太阳光，由有机光电转换层2构成的后电池吸收波长较长的太阳光，前电池的短路电路小于后电池的短路电流。当两个子电池串联时，叠层器件的电流受限于较小的前电池的短路电流。因此，提高前电池的短路电流则整个叠层电池的短路电流就能得到提高。本发明所提供的叠层有机薄膜太阳能电池器件采用增反膜和空穴传输层的组合层作为连接层或采用增反膜、金属薄层和空穴传输层的组合层为连接层。该增反膜在具备高的透过率和保护已制备的有机光电转换层1的作用同时，还可以调节连接层的反射谱。通过改变增反膜的厚度，可以按所指定的波长范围，提高连接层的反射率。当从衬底入射的太阳光到达增反膜时，有机光电转换层1需要的部分光被反射回来再次吸收利用，而有机光电转换层2需要的那部分光则透过增反膜。通过引入增反膜，提高有机光电转换层1对太阳光的吸收，进而提高其短路电流。同时，该增反膜具有较好的电子传输特性，有利于形成有效的电子空穴复合区域。这种结构在减小有机光电转换层1的厚度的情况下，可以提高叠层有机薄膜太阳能电池的短路电流并保证稳定性，最终提高叠层有机薄膜太阳能电池的能量转换效率。
附图说明
图1是本发明所提供的叠层有机薄膜太阳能电池的结构示意图；
图2是本发明所提供的实施例1、3的结构示意图；
图3是本发明所提供的实施例1中所述器件的电流密度-电压(J-V)特性曲线；
图4是本发明所提供的实施例3中所述器件的电流密度-电压(J-V)特性曲线；
其中，1、衬底，2、透明阳极层，3、阳极缓冲层，4、有机光电转换层1，5、连接层，51、增反膜，52、金属薄层，53、空穴传输层，6、有机光电转换层2，7、阴极缓冲层，8、阴极层。
图5是本发明所提供的对比实施例1的结构示意图；
图6是本发明所提供的实施例2、4、5、6、7、8、9、10、11、12的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
本发明的技术方案是提供一种叠层有机薄膜太阳能电池，如图1所示，器件结构包括1、衬底，2、透明阳极层，3、阳极缓冲层，4、有机光电转换层1，5、连接层，51、增反膜，52、金属薄层，53、空穴传输层，6、有机光电转换层2，7、阴极缓冲层，8、阴极层。
本发明中衬底1为电极和有机薄膜层的依托，有着良好的透光性能，有一定的防水汽和氧气渗透的能力，有较好的表面平整性，它可以是玻璃或者柔性基片或者金属薄片，其中柔性基片是超薄的固态薄片、聚酯类或聚酞亚胺类化合物。
本发明中透明阳极层2要求具有较好的导电性能、透光性以及较高的功函数，该透明阳极层为金属氧化物薄膜或者功函数较高的金属薄膜或者有机导电聚合物，金属氧化物薄膜为氧化铟锡(ITO)薄膜或者氧化锌(ZnO)薄膜或者氧化锡锌薄膜，金属薄膜为金、铜、银、铂或者它们的合金薄膜，有机导电聚合物为3，4-乙撑二氧噻吩混合聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)或聚苯胺(PANI)。
本发明中阳极缓冲层3要求具有空穴传输特性，阳极缓冲层材料为功函数较高的无机化合物或者具有低的最高被占用能级(HOMO)的有机化合物，无机化合物包括三氧化钼(MoO3)、五氧化二钒(V2O5)、三氧化钨(WO3)，有机化合物为酞菁衍生物，萘酞菁衍生物，卟啉衍生物，芳香二胺化合物，聚合物材料，酞菁衍生物包括酞菁铜(CuPc)、酞菁锌(ZnPc)，芳香二胺化合物包括4，4’，4”-三(N-3-甲基苯基N-苯基-氨基)三苯胺(m-MTDATA)、N，N’-双(3-甲基苯基)-(1，1’-联苯)-4’-二胺(TPD)、4，4’-双[N-(萘基)N-苯基-氨基]联苯(α-NPD)，聚合物材料包括3，4-乙撑二氧噻吩混合聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、聚苯胺(PANI)类有机导电聚合物。
本发明中有机光电转换层1要求吸收波长300～700nm的可见光，该有机光电转换层1为有机给体材料和有机受体材料构成的异质结，有机给体材料为噻吩类材料，聚对苯乙炔及其衍生物，芳香胺类材料，稠环芳香化合物和酞菁染料，其中噻吩类材料包括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、(5，5-二辛基-[2，2′；5′，2”；5”，2]四聚噻吩)-交替-(2，7-芴-9-酮)]共聚物、聚(3-烷基噻吩)、3-己基取代聚噻吩，PPV衍生物包括聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1，4-苯撑乙烯撑]，聚[2-甲氧基，5-(3，7-二甲基-辛氧基)-对苯乙烯撑]，芳香胺类材料包括N，N′-二苯基-N，N′-二(3-甲基苯基)-1，1′-联苯-4，4′-二胺，稠环芳香化合物包括并四苯、并五苯，酞菁染料包括酞菁氢、亚酞菁、酞菁铜、酞菁锌、酞菁锡；有机受体材料为C60及其衍生物，噻吩类材料，PPV衍生物，稠环芳香化合物，C60衍生物包括(6，6)-苯基-C61-丁酸甲酯、(6，6)-苯基-C61-丁酸丁酯、1-(3-甲氧羰基)丙基-1-噻吩基-[6，6]-亚甲基富勒烯，噻吩类材料包括二氰基乙烯基-三聚噻吩、聚(3-氰基-4-己基噻吩)，PPV衍生物包括[氧杂-1，4-亚苯基-1，2-(1-氰基)-亚乙烯基-2，5-二辛氧-1，4-亚苯基-1，2-(2-氰基)-亚乙烯基-1，4-亚苯基]聚合物、聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-α-氰基-对苯乙烯撑]，稠环芳香化合物材料包括3，4，9，10-苝四羧基-双苯并咪唑、3，4，9，10-苝四甲酸二酐。
本发明中连接层5采用多层结构，包括增反膜和空穴传输层，还可以包括金属薄层，增反膜为高折射率的透明材料，同时具有良好的电子传输特性。
本发明中增反膜51材料为金属氧化物或金属硫化物或氮化物，金属氧化物包括氧化钙(CaO)、五氧化二钽(Ta2O5)、二氧化钛(TiO2)、二氧化锆(ZrO2)、氧化铜(CuO)、氧化锌(ZnO)、三氧化二铝(Al2O3)、三氧化二铬(Cr2O3)、二氧化锡(SnO2)、氧化镍(NiO)、五氧化二锑(Sb2O5)，金属硫化物包括二硫化钛(TiS2)、硫化铁(FeS)、三硫化二铬(Cr2S3)、硫化铜(CuS)、硫化锌(ZnS)、二硫化锡(SnS2)、硫化镍(NiS)、三硫化二钴(Co2S3)、三硫化二锑(Sb2S3)、硫化铅(PbS)、三硫化二镧(La2S3)、硫化铈(CeS)、二硫化锆(ZrS2)，氮化物包括氮化硅(Si3N4)、氮化铝(AlN)。
本发明中金属薄层52材料为金或银或铜或铂或锂或镁或钙或锶或铝或铟或它们的合金薄膜，金属薄层厚度为0.2～2nm。
本发明中空穴传输层53材料为具有空穴传输特性的有机化合物材料或无机化合物材料，所述有机化合物材料为酞菁衍生物，萘酞菁衍生物，卟啉衍生物，芳香二胺化合物，聚合物材料，酞菁衍生物包括酞菁铜(CuPc)、酞菁锌(ZnPc)，芳香二胺化合物包括4，4’，4”-三(N-3-甲基苯基-N-苯基-氨基)三苯胺(m-MTDATA)、N，N’-双(3-甲基苯基)-(1，1’-联苯)-4’-二胺(TPD)、4，4’-双[N-(萘基)-N-苯基-氨基]联苯(α-NPD)，聚合物材料包括3，4-乙撑二氧噻吩混合聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、聚苯胺(PANI)类有机导电聚合物，所述无机化合物材料包括三氧化钼(MoO3)、五氧化二钒(V2O5)、三氧化钨(WO3)。
本发明中有机光电转换层2要求吸收波长700～1100nm的近红外光，该有机光电转换层2为有机给体材料和有机受体材料构成的异质结，有机给体材料为噻吩类材料或酞菁染料，其中噻吩类材料包括聚(4，4′-双(2-乙基己基)二噻吩并[3，2-b：2′，3′-d]噻咯)-2，6-联苯-ALT-(2，1，3-苯并噻二唑)-4，7-联苯、[2，6-(4，4-二-(2-乙基己基)-4H-环戊烯[2，1-b；3，4-b′]-二噻吩)-交替-4，7-(2，1，3-苯并噻二唑)]共聚物、噻吩(3，4-b)并噻吩和苯并二噻吩的共聚物，酞菁染料包括氯代亚-2，3-萘酞菁硼、氯代酞菁铝、萘酞菁铜；有机受体材料为C60及其衍生物，噻吩类材料，PPV衍生物，稠环芳香化合物，C60衍生物包括(6，6)-苯基-C61-丁酸甲酯、(6，6)-苯基-C61-丁酸丁酯、1-(3-甲氧羰基)丙基-1-噻吩基-[6，6]-亚甲基富勒烯，噻吩类材料包括二氰基乙烯基-三聚噻吩、聚(3-氰基-4-己基噻吩)，PPV衍生物包括[氧杂-1，4-亚苯基-1，2-(1-氰基)-亚乙烯基-2，5-二辛氧-1，4-亚苯基-1，2-(2-氰基)-亚乙烯基-1，4-亚苯基]聚合物、聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-α-氰基-对苯乙烯撑]，稠环芳香化合物材料包括3，4，9，10-苝四羧基-双苯并咪唑、3，4，9，10-苝四甲酸二酐。
本发明中阴极缓冲层7要求具有电子传输特性，阴极缓冲层材料为功函数较低的无机化合物或者具有高的最低未被占用能级(LUMO)的有机化合物，无机化合物包括碳酸铯(Cs2CO3)、氟化锂(LiF)、氧化钙(CaO)、氧化钛(TiOX)、氧化锌(ZnO)，有机化合物为金属有机配合物、吡啶类、邻菲咯啉类、噁二唑类或咪唑类化合物材料中的一种材料，其中金属有机配合物包括8-羟基喹啉铝(Alq3)、二(2-甲基-8-喹啉并)-4-(苯基苯酚)铝(BAlq)，吡啶类化合物包括三[2，4，6-三甲基-3-(吡啶-3-yl)苯基]-硼烷(3TPYMB)，邻菲咯啉类化合物包括2，9-二甲基-4，7-联苯-1，10-邻二氮杂菲(BCP)、4，7-联苯-1，10-邻二氮杂菲(BPhen)，噁二唑类电子传输材料是2-(4-二苯基)-5-(4-叔丁苯基)-1，3，4-噁二唑(PBD)、1，3-二[(4-三元胺-丁基苯基)-1，3，4-重氮基酸-5-yl]苯(OXD-7)，咪唑类化合物是1，3，5-三(N-苯基-苯并咪唑-2)苯(TPBI)。
本发明中阴极层8为金属氧化物薄膜或者功函数较低的金属薄膜或者有机导电聚合物，金属氧化物薄膜为氧化铟锡(ITO)薄膜或者氧化锌(ZnO)薄膜或者氧化锡锌薄膜，金属薄膜为锂或镁或钙或锶或铝或铟或它们与铜或金或银的合金薄膜，有机导电聚合物为3，4-乙撑二氧噻吩混合聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)。
采用本发明制备的叠层有机薄膜太阳能电池结构举例如下：
①玻璃/ITO/阳极缓冲层/有机光电转换层1/增反膜/空穴传输层/有机光电转换层2/阴极缓冲层/阴极层
②玻璃/ITO/阳极缓冲层/有机光电转换层1/增反膜/金属薄层/空穴传输层/有机光电转换层2/阴极缓冲层/阴极层
③柔性聚合物衬底/ITO/阳极缓冲层/有机光电转换层1/增反膜/空穴传输层/有机光电转换层2/阴极缓冲层/阴极层
④柔性聚合物衬底/ITO/阳极缓冲层/有机光电转换层1/增反膜/金属薄层/空穴传输层/有机光电转换层2/阴极缓冲层/阴极层
此处列出的是本发明的具体例，但是本发明并不局限于这些具体例：
实施例1
如图2所示，器件结构中的连接层包括增反膜和空穴传输层，增反膜材料为TiO2，空穴传输层材料为MoO3，透明阳极材料为ITO，阳极缓冲层材料为MoO3，有机光电转换层1为SubPc/C60异质结，有机光电转换层2为SubNc/C60异质结，阴极缓冲层材料为Bphen。
玻璃衬底/ITO/MoO3(5nm)/SubPc(16nm)/C60(30nm)/TiO2(5nm)/MoO3(5nm)/SubNc(10nm)/C60(30nm)/Bphen(3nm)/Ag(100nm)
制备方法如下：
①利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水对透明导电基片ITO玻璃进行超声清洗，清洗后用干燥氮气吹干。其中玻璃衬底上面的ITO膜作为器件的阴极层，ITO膜的方块电阻为10Ω/□，膜厚为180nm。
②将干燥后的基片移入真空室，在气压为20Pa的氧气压环境下对ITO玻璃进行低能氧等离子预处理10分钟，溅射功率为20W。
③将处理后的基片在高真空度的蒸发室中，按照如上所述器件结构依次蒸镀阳极缓冲层MoO3为5nm，有机光电转换层1的给体材料SubPc为16nm和受体材料C60为30nm，然后在旋涂机中进行TiO2增反膜的旋涂，将其在低真空下以120℃烘干10分钟后，置于高真空度的蒸发室中，蒸镀空穴传输层MoO3为5nm，有机光电转换层2的给体材料SubNc为10nm和受体材料C60为30nm，阴极缓冲层Bphen为3nm，各层的蒸镀速率0.1nm/s，蒸镀速率及厚度由膜厚仪监控。
④在上述处理结束后进行金属阴极Ag的制备。气压为3×10-3Pa，蒸镀速率为1nm/s，膜层厚度为100nm。蒸镀速率及厚度由膜厚仪监控。
⑤测试器件的电流密度-电压特性。
对比实施例1
如图5所示，器件结构中的连接层包括空穴传输层，空穴传输层材料为MoO3，透明阳极材料为ITO，阳极缓冲层材料为MoO3，有机光电转换层1为SubPc/C60异质结，有机光电转换层2为SubNc/C60异质结，阴极缓冲层材料为Bphen。
玻璃衬底/ITO/MoO3(5nm)/SubPc(16nm)/C60(30nm)/MoO3(5nm)/SubNc(10nm)/C60(30nm)/Bphen(3nm)/Ag(100nm)
制备方法如下：
①利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水对透明导电基片ITO玻璃进行超声清洗，清洗后用干燥氮气吹干。其中玻璃衬底上面的ITO膜作为器件的阴极层，ITO膜的方块电阻为10Ω/□，膜厚为180nm。
②将干燥后的基片移入真空室，在气压为20Pa的氧气压环境下对ITO玻璃进行低能氧等离子预处理10分钟，溅射功率为20W。
③将处理后的基片在高真空度的蒸发室中，按照如上所述器件结构依次蒸镀阳极缓冲层MoO3为5nm，有机光电转换层1的给体材料SubPc为16nm和受体材料C60为30nm，空穴传输层MoO3为5nm，有机光电转换层2的给体材料SubNc为10nm和受体材料C60为30nm，阴极缓冲层Bphen为3nm，各层的蒸镀速率0.1nm/s，蒸镀速率及厚度由膜厚仪监控。
④在上述处理结束后进行金属阴极Ag的制备。气压为3×10-3Pa，蒸镀速率为1nm/s，膜层厚度为100nm。蒸镀速率及厚度由膜厚仪监控。
⑤测试器件的电流密度-电压特性。
实施例2
如图6所示，器件结构中的连接层包括增反膜、金属薄层和空穴传输层，增反膜材料为TiO2，金属薄层为Ag，空穴传输层材料为MoO3，透明阳极材料为ITO，阳极缓冲层材料为MoO3，有机光电转换层1为SubPc/C60异质结，有机光电转换层2为SubNc/C60异质结，阴极缓冲层材料为Bphen
玻璃衬底/ITO/MoO3(5nm)/SubPc(16nm)/C60(30nm)/TiO2(5nm)/Ag(0.2nm)/MoO3(5nm)/SubNc(10nm)/C60(30nm)/Bphen(3nm)/Ag(100nm)
制备方法如下：
①利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水对透明导电基片ITO玻璃进行超声清洗，清洗后用干燥氮气吹干。其中玻璃衬底上面的ITO膜作为器件的阴极层，ITO膜的方块电阻为10Ω/□，膜厚为180nm。
②将干燥后的基片移入真空室，在气压为20Pa的氧气压环境下对ITO玻璃进行低能氧等离子预处理10分钟，溅射功率为20W。
③将处理后的基片在高真空度的蒸发室中，按照如上所述器件结构依次蒸镀阳极缓冲层MoO3为5nm，有机光电转换层1的给体材料SubPc为16nm和受体材料C60为30nm，然后在旋涂机中进行TiO2增反膜的旋涂，将其在低真空下以120℃烘干10分钟后，置于高真空度的蒸发室中，依次蒸镀金属薄层Ag为0.2nm，空穴传输层MoO3为5nm，有机光电转换层2的给体材料SubNc为10nm和受体材料C60为30nm，阴极缓冲层Bphen为3nm，各层的蒸镀速率0.1nm/s，蒸镀速率及厚度由膜厚仪监控。
④在上述处理结束后进行金属阴极Ag的制备。气压为3×10-3Pa，蒸镀速率为1nm/s，膜层厚度为100nm。蒸镀速率及厚度由膜厚仪监控。
⑤测试器件的电流密度-电压特性。
实施例3
如图2所示，器件结构中的连接层包括增反膜和空穴传输层，增反膜材料为TiO2，空穴传输层材料为MoO3，透明阳极材料为ITO，阳极缓冲层材料为MoO3，有机光电转换层1为P3HT:PCBM体异质结，有机光电转换层2为PSBTBT:PCBM体异质结，阴极缓冲层材料为Bphen
玻璃衬底/ITO/MoO3(5nm)/P3HT:PCBM(150nm)/TiO2(10nm)/MoO3(5nm)/PSBTBT:PCBM(120nm)/Bphen(3nm)/Ag(100nm)
制备方法如下：
①利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水对透明导电基片ITO玻璃进行超声清洗，清洗后用干燥氮气吹干。其中玻璃衬底上面的ITO膜作为器件的阴极层，ITO膜的方块电阻为10Ω/□，膜厚为180nm。
②将干燥后的基片移入真空室，在气压为20Pa的氧气压环境下对ITO玻璃进行低能氧等离子预处理10分钟，溅射功率为20W。
③将处理后的基片在高真空度的蒸发室中，蒸镀阳极缓冲层MoO3为5nm，将质量比为1∶1的P3HT和PCBM配成混合溶液，溶剂采用氯苯，然后旋涂在阴极缓冲层上，在低真空腔中以120℃退火10分钟，然后在旋涂机中进行TiO2增反膜的旋涂，将其在低真空下以120℃烘干10分钟后，置于高真空度的蒸发室中，蒸镀空穴传输层MoO3为5nm，之后将PSBTBT:PCBM的混合溶液旋涂在空穴传输层上，并在低真空下以140℃烘干5分钟，最后在高真空度的蒸发室中蒸镀阴极缓冲层Bphen为3nm，各层的蒸镀速率0.1nm/s，蒸镀速率及厚度由膜厚仪监控。
④在上述处理结束后进行金属阴极Ag的制备。气压为3×10-3Pa，蒸镀速率为1nm/s，膜层厚度为100nm。蒸镀速率及厚度由膜厚仪监控。
⑤测试器件的电流密度-电压特性。
实施例4
如图6所示，器件结构中的连接层包括增反膜、金属薄层和空穴传输层，增反膜材料为TiO2，金属薄层为Ag，空穴传输层材料为MoO3，透明阳极材料为ITO，阳极缓冲层材料为MoO3，有机光电转换层1为P3HT:PCBM体异质结，有机光电转换层2为PSBTBT:PCBM体异质结，阴极缓冲层材料为Bphen
玻璃衬底/ITO/MoO3(5nm)/P3HT:PCBM(150nm)/TiO2(10nm)/Ag(0.5nm)/MoO3(5nm)/PSBTBT:PCBM(120nm)/Bphen(3nm)/Ag(100nm)
制备方法如下：
①利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水对透明导电基片ITO玻璃进行超声清洗，清洗后用干燥氮气吹干。其中玻璃衬底上面的ITO膜作为器件的阴极层，ITO膜的方块电阻为10Ω/□，膜厚为180nm。
②将干燥后的基片移入真空室，在气压为20Pa的氧气压环境下对ITO玻璃进行低能氧等离子预处理10分钟，溅射功率为20W。
③将处理后的基片在高真空度的蒸发室中，蒸镀阳极缓冲层MoO3为5nm，将质量比为1∶1的P3HT和PCBM配成混合溶液，溶剂采用氯苯，然后旋涂在阴极缓冲层上，在低真空腔中以120℃退火10分钟，然后在旋涂机中进行TiO2增反膜的旋涂，将其在低真空下以120℃烘干10分钟后，置于高真空度的蒸发室中，依次蒸镀金属薄层Ag为0.5nm，蒸镀空穴传输层MoO3为5nm，之后将PSBTBT:PCBM的混合溶液旋涂在空穴传输层上，并在低真空下以140℃烘干5分钟，最后在高真空度的蒸发室中蒸镀阴极缓冲层Bphen为3nm，各层的蒸镀速率0.1nm/s，蒸镀速率及厚度由膜厚仪监控。
④在上述处理结束后进行金属阴极Ag的制备。气压为3×10-3Pa，蒸镀速率为1nm/s，膜层厚度为100nm。蒸镀速率及厚度由膜厚仪监控。
⑤测试器件的电流密度-电压特性。
实施例5
如图6所示，器件结构中的连接层包括增反膜、金属薄层和空穴传输层，增反膜材料为ZnO，金属薄层为Ag，空穴传输层材料为MoO3，透明阳极材料为ITO，阳极缓冲层材料为MoO3，有机光电转换层1为SubPc/C60异质结，有机光电转换层2为SubNc/C60异质结，阴极缓冲层材料为Bphen
玻璃衬底/ITO/MoO3(5nm)/SubPc(16nm)/C60(30nm)/ZnO(20nm)/Ag(1nm)/MoO3(5nm)/SubNc(10nm)/C60(30nm)/Bphen(3nm)/Ag(100nm)
制备方法如下：
①利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水对透明导电基片ITO玻璃进行超声清洗，清洗后用干燥氮气吹干。其中玻璃衬底上面的ITO膜作为器件的阴极层，ITO膜的方块电阻为10Ω/□，膜厚为180nm。
②将干燥后的基片移入真空室，在气压为20Pa的氧气压环境下对ITO玻璃进行低能氧等离子预处理10分钟，溅射功率为20W。
③将处理后的基片在高真空度的蒸发室中，按照如上所述器件结构依次蒸镀阳极缓冲层MoO3为5nm，有机光电转换层1的给体材料SubPc为16nm和受体材料C60为30nm，然后在旋涂机中进行ZnO增反膜的旋涂，将其在低真空下以150℃烘干5分钟后，置于高真空度的蒸发室中，依次蒸镀金属薄层Ag为1nm，空穴传输层MoO3为5nm，有机光电转换层2的给体材料SubNc为10nm和受体材料C60为30nm，阴极缓冲层为Bphen为3nm，各层的蒸镀速率0.1nm/s，蒸镀速率及厚度由膜厚仪监控。
④在上述处理结束后进行金属阴极Ag的制备。气压为3×10-3Pa，蒸镀速率为1nm/s，膜层厚度为100nm。蒸镀速率及厚度由膜厚仪监控。
⑤测试器件的电流密度-电压特性。
实施例6
如图6所示，器件结构中的连接层包括增反膜、金属薄层和空穴传输层，增反膜材料为ZnO，金属薄层为Ag，空穴传输层材料为MoO3，透明阳极材料为ITO，阳极缓冲层材料为MoO3，有机光电转换层1为P3HT:PCBM体异质结，有机光电转换层2为PSBTBT:PCBM体异质结，阴极缓冲层材料为Bphen
玻璃衬底/ITO/MoO3(5nm)/P3HT:PCBM(150nm)/ZnO(20nm)/Ag(2nm)/MoO3(5nm)/PSBTBT:PCBM(120nm)/Bphen(3nm)/Ag(100nm)
制备方法如下：
①利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水对透明导电基片ITO玻璃进行超声清洗，清洗后用干燥氮气吹干。其中玻璃衬底上面的ITO膜作为器件的阴极层，ITO膜的方块电阻为10Ω/□，膜厚为180nm。
②将干燥后的基片移入真空室，在气压为20Pa的氧气压环境下对ITO玻璃进行低能氧等离子预处理10分钟，溅射功率为20W。
③将处理后的基片在高真空度的蒸发室中，蒸镀阳极缓冲层MoO3为5nm，将质量比为1∶1的P3HT和PCBM配成混合溶液，溶剂采用氯苯，然后旋涂在阴极缓冲层上，在低真空腔中以120℃退火10分钟，然后在旋涂机中进行ZnO增反膜的旋涂，将其在低真空下以150℃烘干5分钟后，置于高真空度的蒸发室中，依次蒸镀金属薄层Ag为2nm，蒸镀空穴传输层MoO3为5nm，之后将PSBTBT:PCBM的混合溶液旋涂在空穴传输层上，并在低真空下以140℃烘干5分钟，最后在高真空度的蒸发室中蒸镀阴极缓冲层Bphen为3nm，各层的蒸镀速率0.1nm/s，蒸镀速率及厚度由膜厚仪监控。
④在上述处理结束后进行金属阴极Ag的制备。气压为3×10-3Pa，蒸镀速率为1nm/s，膜层厚度为100nm。蒸镀速率及厚度由膜厚仪监控。
⑤测试器件的电流密度-电压特性。
实施例7
如图6所示，器件结构中的连接层包括增反膜、金属薄层和空穴传输层，增反膜材料为Si3N4，金属薄层为Ag，空穴传输层材料为MoO3，透明阳极材料为ITO，阳极缓冲层材料为MoO3，有机光电转换层1为SubPc/C60异质结，有机光电转换层2为SubNc/C60异质结，阴极缓冲层材料为Bphen
玻璃衬底/ITO/MoO3(5nm)/SubPc(16nm)/C60(30nm)/Si3N4(30nm)/Ag(0.5nm)/MoO3(5nm)/SubNc(10nm)/C60(30nm)/Bphen(3nm)/Ag(100nm)
器件的制备流程与实施例2相似。
实施例8
如图6所示，器件结构中的连接层包括增反膜、金属薄层和空穴传输层，增反膜材料为Si3N4，金属薄层为Ag，空穴传输层材料为MoO3，透明阳极材料为ITO，阳极缓冲层材料为MoO3，有机光电转换层1为P3HT:PCBM体异质结，有机光电转换层2为PSBTBT:PCBM体异质结，阴极缓冲层材料为Bphen
玻璃衬底/ITO/MoO3(5nm)/P3HT:PCBM(150nm)/Si3N4(30nm)/Ag(0.5nm)/MoO3(5nm)/PSBTBT:PCBM(120nm)/Bphen(3nm)/Ag(100nm)
器件的制备流程与实施例4相似。
实施例9
如图6所示，器件结构中的连接层包括增反膜、金属薄层和空穴传输层，增反膜材料为ZnS，金属薄层为Ag，空穴传输层材料为MoO3，透明阳极材料为ITO，阳极缓冲层材料为MoO3，有机光电转换层1为SubPc/C60异质结，有机光电转换层2为SubNc/C60异质结，阴极缓冲层材料为Bphen
玻璃衬底/ITO/MoO3(5nm)/SubPc(16nm)/C60(30nm)/ZnS(40nm)/Ag(0.5nm)/MoO3(5nm)/SubNc(10nm)/C60(30nm)/Bphen(3nm)/Ag(100nm)
器件的制备流程与实施例2相似。
实施例10
如图6所示，器件结构中的连接层包括增反膜、金属薄层和空穴传输层，增反膜材料为ZnS，金属薄层为Ag，空穴传输层材料为MoO3，透明阳极材料为ITO，阳极缓冲层材料为MoO3，有机光电转换层1为P3HT:PCBM体异质结，有机光电转换层2为PSBTBT:PCBM体异质结，阴极缓冲层材料为Bphen
玻璃衬底/ITO/MoO3(5nm)/P3HT:PCBM(150nm)/ZnS(40nm)/Ag(0.5nm)/MoO3(5nm)/PSBTBT:PCBM(120nm)/Bphen(3nm)/Ag(100nm)
器件的制备流程与实施例4相似。
实施例11
如图6所示，器件结构中的连接层包括增反膜、金属薄层和空穴传输层，增反膜材料为TiO2，金属薄层为Ag，空穴传输层材料为MoO3，衬底材料为PET，透明阳极材料为PANI，阳极缓冲层材料为MoO3，有机光电转换层1为SubPc/C60异质结，有机光电转换层2为SubNc/C60异质结，阴极缓冲层材料为Bphen
PET/PANI/MoO3(5nm)/SubPc(16nm)/C60(30nm)/ZnS(40nm)/Ag(0.5nm)/MoO3(5nm)/SubNc(10nm)/C60(30nm)/Bphen(3nm)/Ag(100nm)
制备方法如下：
①利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水对透明导电的PET衬底进行超声清洗，清洗后用干燥氮气吹干。
②将洁净的PET衬底放入氮气环境中，采用喷墨打印或分子打印的方法制备第一电极层PANI，然后烘干。
③将处理后的基片在高真空度的蒸发室中，按照如上所述器件结构依次蒸镀阳极缓冲层MoO3为5nm，有机光电转换层1的给体材料SubPc为16nm和受体材料C60为30nm，然后在旋涂机中进行TiO2增反膜的旋涂，将其在低真空下以120℃烘干10分钟后，置于高真空度的蒸发室中，依次蒸镀金属薄层Ag为0.2nm，空穴传输层MoO3为5nm，有机光电转换层2的给体材料SubNc为10nm和受体材料C60为30nm，阴极缓冲层Bphen为3nm，各层的蒸镀速率0.1nm/s，蒸镀速率及厚度由膜厚仪监控。
④在上述处理结束后进行金属阴极Ag的制备。气压为3×10-3Pa，蒸镀速率为1nm/s，膜层厚度为100nm。蒸镀速率及厚度由膜厚仪监控。
⑤测试器件的电流密度-电压特性。
实施例12
如图6所示，器件结构中的连接层包括增反膜、金属薄层和空穴传输层，增反膜材料为TiO2，金属薄层为Ag，空穴传输层材料为MoO3，衬底材料为PET，透明阳极材料为PEDOT:PSS，阳极缓冲层材料为MoO3，有机光电转换层1为SubPc/C60异质结，有机光电转换层2为SubNc/C60异质结，阴极缓冲层材料为Bphen
PET/PEDOT:PSS/MoO3(5nm)/SubPc(16nm)/C60(30nm)/ZnS(40nm)/Ag(0.5nm)/MoO3(5nm)/SubNc(10nm)/C60(30nm)/Bphen(3nm)/Ag(100nm)
器件的制备流程与实施例11相似。

Claims (10)

1.一种叠层有机薄膜太阳能电池器件，它依次包括衬底、透明阳极层、阳极缓冲层、有机光电转换层1、连接层、有机光电转换层2、阴极缓冲层和阴极层，其特征在于，所述连接层有以下两种方式中的一种构成：①由增反膜和空穴传输层构成的组合层；②由增反膜、金属薄层和空穴传输层构成的组合层，所述增反膜为高折射率的透明材料，同时具有良好的电子传输特性。
2.根据权利要求1所述的一种叠层有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述增反膜材料为金属氧化物或金属硫化物或氮化物，金属氧化物包括氧化钙、五氧化二钽、二氧化钛、氧化锆、氧化铜、氧化锌、三氧化二铝、氧化铬、氧化锡、氧化钒、氧化镍、氧化锑、氧化铅、氧化银、金属硫化物包括硫化钛、硫化铁、硫化铬、硫化铜、硫化锌、硫化锡、硫化镍、硫化钒、硫化钴、硫化锑、硫化铅、硫化银、硫化镧、硫化铈、硫化钼、硫化钨、硫化锆，氮化物包括氮化硅、氮化铝。
3.根据权利要求1所述的一种叠层有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述增反膜的厚度为5～40nm。
4.根据权利要求1所述的一种叠层有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述金属薄层为金或银或铜或铂或锂或镁或钙或锶或铝或铟，金属薄层厚度为0.2～2nm。
5.根据权利要求1所述的一种叠层有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层材料为具有空穴传输特性的有机化合物材料或无机化合物材料，所述有机化合物材料为酞菁衍生物，萘酞菁衍生物，卟啉衍生物，芳香二胺化合物，聚合物材料，酞菁衍生物包括酞菁铜、酞菁锌，芳香二胺化合物包括4，4’，4”-三(N-3-甲基苯基-N-苯基-氨基)三苯胺、N，N’-双(3-甲基苯基)-(1，1’-联苯)-4’-二胺、4，4’-双[N-(萘基)-N-苯基-氨基]联苯，聚合物材料包括3，4-乙撑二氧噻吩混合聚苯乙烯磺酸盐、聚苯胺类有机导电聚合物，所述无机化合物材料包括三氧化钼、五氧化二钒、三氧化钨。
6.根据权利要求1所述的一种叠层有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述阳极缓冲层材料为功函数较高的无机化合物或者具有低的最高被占用能级(HOMO)的有机化合物，无机化合物包括三氧化钼、五氧化二钒、三氧化钨，有机化合物为酞菁衍生物，萘酞菁衍生物，卟啉衍生物，芳香二胺化合物，聚合物材料，酞菁衍生物包括酞菁铜、酞菁锌，芳香二胺化合物包括4，4’，4”-三(N-3-甲基苯基-N-苯基-氨基)三苯胺、N，N’-双(3-甲基苯基)-(1，1’-联苯)-4’-二胺、4，4’-双[N-(萘基)-N-苯基-氨基]联苯，聚合物材料包括3，4-乙撑二氧噻吩混合聚苯乙烯磺酸盐、聚苯胺类有机导电聚合物。
7.根据权利要求1所述的一种叠层有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述有机光电转换层1要求吸收波长300～700nm的可见光，该有机光电转换层1为有机给体材料和有机受体材料构成的异质结，有机给体材料为噻吩类材料，聚对苯乙炔及其衍生物，芳香胺类材料，稠环芳香化合物和酞菁染料，其中噻吩类材料包括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、(5，5-二辛基-[2，2′；5′，2”；5”，2]四聚噻吩)-交替-(2，7-芴-9-酮)]共聚物、聚(3-烷基噻吩)、3-己基取代聚噻吩，PPV衍生物包括聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1，4-苯撑乙烯撑]，聚[2-甲氧基，5-(3，7-二甲基-辛氧基)-对苯乙烯撑]，芳香胺类材料包括N，N′-二苯基-N，N′-二(3-甲基苯基)-1，1′-联苯-4，4′-二胺，稠环芳香化合物包括并四苯、并五苯，酞菁染料包括酞菁氢、亚酞菁、酞菁铜、酞菁锌、酞菁锡；有机受体材料为C60及其衍生物，噻吩类材料，PPV衍生物，稠环芳香化合物，C60衍生物包括(6，6)-苯基-C61-丁酸甲酯、(6，6)-苯基-C61-丁酸丁酯、1-(3-甲氧羰基)丙基-1-噻吩基-[6，6]-亚甲基富勒烯，噻吩类材料包括二氰基乙烯基-三聚噻吩、聚(3-氰基-4-己基噻吩)，PPV衍生物包括[氧杂-1，4-亚苯基-1，2-(1-氰基)-亚乙烯基-2，5-二辛氧-1，4-亚苯基-1，2-(2-氰基)-亚乙烯基-1，4-亚苯基]聚合物、聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-α-氰基-对苯乙烯撑]，稠环芳香化合物材料包括3，4，9，10-苝四羧基-双苯并咪唑、3，4，9，10-苝四甲酸二酐。
8.根据权利要求1所述的一种叠层有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述有机光电转换层2要求吸收波长700～1100nm的近红外光，该有机光电转换层2为有机给体材料和有机受体材料构成的异质结，有机给体材料为噻吩类材料或酞菁染料，其中噻吩类材料包括聚(4，4′-双(2-乙基己基)二噻吩并[3，2-b：2′，3′-d]噻咯)-2，6-联苯-ALT-(2，1，3-苯并噻二唑)-4，7-联苯、[2，6-(4，4-二-(2-乙基己基)-4H-环戊烯[2，1-b；3，4-b′]-二噻吩)-交替-4，7-(2，1，3-苯并噻二唑)]共聚物、噻吩(3，4-b)并噻吩和苯并二噻吩的共聚物，酞菁染料包括氯代亚-2，3-萘酞菁硼、氯代酞菁铝、萘酞菁铜；有机受体材料为C60及其衍生物，噻吩类材料，PPV衍生物，稠环芳香化合物，C60衍生物包括(6，6)-苯基-C61-丁酸甲酯、(6，6)-苯基-C61-丁酸丁酯、1-(3-甲氧羰基)丙基-1-噻吩基-[6，6]-亚甲基富勒烯，噻吩类材料包括二氰基乙烯基-三聚噻吩、聚(3-氰基-4-己基噻吩)，PPV衍生物包括[氧杂-1，4-亚苯基-1，2-(1-氰基)-亚乙烯基-2，5-二辛氧-1，4-亚苯基-1，2-(2-氰基)-亚乙烯基-1，4-亚苯基]聚合物、聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-α-氰基-对苯乙烯撑]，稠环芳香化合物材料包括3，4，9，10-苝四羧基-双苯并咪唑、3，4，9，10-苝四甲酸二酐。
9.根据权利要求1所述的一种叠层有机薄膜太阳能电池，其特征在于，所述阴极缓冲层材料为功函数较低的无机化合物或者具有高的最低未被占用能级(LUMO)的有机化合物，无机化合物包括碳酸铯、氟化锂、氧化钙、氧化钛、氧化锌，有机化合物为金属有机配合物、吡啶类、邻菲咯啉类、噁二唑类或咪唑类化合物材料中的一种材料，其中金属有机配合物包括8-羟基喹啉铝或者二(2-甲基-8-喹啉并)-4-(苯基苯酚)铝，吡啶类化合物包括三[2，4，6-三甲基-3-(吡啶-3-yl)苯基]-硼烷，邻菲咯啉类化合物包括2，9-二甲基-4，7-联苯-1，10-邻二氮杂菲、4，7-联苯-1，10-邻二氮杂菲，噁二唑类电子传输材料是2-(4-二苯基)-5-(4-叔丁苯基)-1，3，4-噁二唑、1，3-二[(4-三元胺-丁基苯基)-1，3，4-重氮基酸-5-yl]苯，咪唑类化合物是1，3，5-三(N-苯基-苯并咪唑-2)苯。
10.一种叠层有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
①利用乙醇溶液、丙酮溶液和去离子水对衬底进行超声清洗，清洗后用高压氮气干燥；
②将衬底移入真空镀膜室中依次进行透明阳极层、阳极缓冲层、有机光电转换层1、增反膜、金属薄层、空穴传输层、有机光电转换层2、阴极缓冲层和阴极层的制备，所述透明阳极层、阳极缓冲层、有机光电转换层1、增反膜、金属薄层、空穴传输层、有机光电转换层2、阴极缓冲层和阴极层是通过真空蒸镀、离子团束沉积、离子镀、直流溅射镀膜、RF溅射镀膜、离子束溅射镀膜、离子束辅助沉积、等离子增强化学气相沉积、高密度电感耦合式等离子体源化学气相沉积、触媒式化学气相沉积、磁控溅射、电镀、旋涂、浸涂、喷墨打印、辊涂、LB膜中的一种或者几种方式而形成，所述增反膜为高折射率的透明材料，同时具有良好的电子传输特性，增反膜材料为金属氧化物或金属硫化物或氮化物，金属氧化物包括氧化钙、五氧化二钽、二氧化钛、氧化锆、氧化铜、氧化锌、三氧化二铝、氧化铬、氧化锡、氧化钒、氧化镍、氧化锑、氧化铅、氧化银、金属硫化物包括硫化钛、硫化铁、硫化铬、硫化铜、硫化锌、硫化锡、硫化镍、硫化钒、硫化钴、硫化锑、硫化铅、硫化银、硫化镧、硫化铈、硫化钼、硫化钨、硫化锆，氮化物包括氮化硅、氮化铝，增反膜的厚度为5～40nm；
③测试器件的电流密度-电压特性。
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