CN102255047A - 聚合物太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能电池领域，提供一种聚合物太阳能电池及其制造方法。该聚合物太阳能电池包括光反射性电极、形成于所述光反射性电极上的光敏层、形成于所述光敏层上的透明电极，还包括形成于所述透明电极上的下转换结构，以及位于所述透明电极和下转换结构之间的透明绝缘层，所述下转换结构包括对光谱具有下转换功能的下转换材料。在所述聚合物太阳能电池中，一方面，通过设置下转换结构，可提高电池光电转换性能；另一方面，通过设置透明绝缘层，可以保证下转换层与太阳能电池在电学上的相对独立，避免了下转换材料对太阳能电池光电转换的不利影响，增强聚合物太阳能电池的电学性能，具有广阔的应用前景。

Description

聚合物太阳能电池及其制造方法

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种聚合物太阳能电池及其制造方法。

背景技术

众所周知，太阳光照具有取之不尽用之不竭的能量，许多年来，人们一直不断寻求利用太阳能的方法和系统。由于目前的生产和生活上众多领域仍然采用地球上有限的消耗性资源，例如石油等，因此，开发利用太阳能就显得愈显重要和迫切。

目前，太阳能电池领域一直由硅太阳能电池占据着主导地位，单晶硅太阳能电池(非聚光)的能量转换效率可以达到24％以上，但是硅材料的成本一直居高不下，使其无法真正大规模推广使用。所以，真正可以得到大范围推广的新型能源一定首先应是低成本的绿色能源。近二十多年来，有机太阳能电池凭借其低廉的成本、简单的制造工艺，以及可折叠、柔韧性好等优点，已经成为新能源研究领域中的一大热点，也被认为是二十一世纪真正有可能解决能源问题的低成本太阳能电池。

随着导电聚合物的发现，聚合物太阳能电池也逐渐发展起来了。而聚合物太阳能电池的制备工艺更加简单，可以采用丝网印刷、喷墨打印等溶液湿法制备，这就大大降低了其工艺成本，非常适合大面积电池板的制备以及大规模的工业化生产，因此也得到了越来越多科研单位和企业的关注。

进入二十一世纪以来，聚合物太阳能电池的效率呈现飞速上升的趋势。虽然，目前聚合物太阳能电池的效率已经取得了重大的进展，但是其距离规模化生产和推广应用还有一段差距。制约其能量转换效率的因素有很多，其中电池的光谱响应范围与太阳光地面辐射光谱不匹配、聚合物材料本身的较低的载流子迁移率以及载流子的传输效率低等是比较重要的几个原因。

目前聚合物太阳能电池对太阳光的吸收主要集中在可见光区域(波长范围380nm-780nm)，以常用的P3HT:PCBM为例，其对太阳光谱的高效吸收波段在480-680nm。因此，目前聚合物太阳能电池对太阳能的利用率较低，从而使得其能量转换效率难以获得较大提高。

发明内容

有鉴于此，提供一种太阳能利用率高、电学性能强的聚合物太阳能电池，以及一种工艺简单、成本低的聚合物太阳能电池制造方法。

一种聚合物太阳能电池，其包括光反射性电极、形成于所述光反射性电极上的光敏层、形成于所述光敏层上的透明电极，还包括形成于所述透明电极上的下转换结构，以及位于所述透明电极和下转换结构之间的透明绝缘层，所述下转换结构包括对光谱具有下转换功能的下转换材料。

以及，一种聚合物太阳能电池制造方法，其包括如下步骤：

提供一透明绝缘层，所述透明绝缘层具有相对的第一表面和第二表面；

在所述透明绝缘层的第一表面上形成透明电极；

在所述透明电极上形成光敏层；

在所述光敏层上形成光反射性电极；

在所述透明绝缘层的第二表面上形成下转换结构，使得透明绝缘层位于所述透明电极和下转换结构之间，所述下转换结构包括对光谱具有下转换功能的下转换材料。

在所述聚合物太阳能电池中，一方面，通过设置下转换结构，利用下转换材料的光谱转换功能，将不能被电池充分吸收利用的光，例如高能量紫外波段光子转换为较低能量的可见光波段光子，提高了聚合物太阳能电池对太阳光能的吸收利用率，从而可以改善其光电转换性能。另一方面，在下转换结构与透明电极之间有一层透明绝缘层，可以保证下转换层与太阳能电池在电学上的相对独立，避免了下转换材料对太阳能电池光电转换的不利影响，增强聚合物太阳能电池的电学性能。此外，由于紫外光被转化成可吸收的光子，从而消除紫外光对电池产生载流子热效应不利的影响，进一步促进聚合物太阳能电池的能量转换效率。在聚合物太阳能电池制造方法中，按照预定步骤形成各层结构，其工艺步骤简单，生产成本低，具有广阔的应用前景。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的聚合物太阳能电池的结构示意图；

图2是本发明实施例的聚合物太阳能电池制造方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，显示本发明实施例的聚合物太阳能电池结构。本实施例的聚合物太阳能电池10包括光反射性电极11、形成于光反射性电极11上的光敏层13、形成于光敏层13上的透明电极16以及形成于透明电极16上的下转换结构18，在透明电极16和下转换结构18之间还形成有透明绝缘层17，该下转换结构18包括对光谱具有下转换功能的下转换材料。

光反射性电极11可采用高反射率材料，其可以是但不限于金属或金属合金材料，例如，可以是但不限于Au、Ag、Al、Ca-Al或Mg-Ag等。在其他一些实施例中，光反射性电极11还可以是包含ITO或ZnO等金属氧化物的高反射率电极。本实施例中，光反射性电极11为层状结构，称为薄膜电极，厚度为微米或纳米级，例如但不限于50纳米-2微米，优选为100-200纳米。在一个具体实施例中，光反射性电极11可形成有条纹电极图样，例如可以为长直条纹状。光反射性电极11可以作为电池的阴极或阳极。

在本实施例中，光敏层13采用混合异质结结构，通过将电子给体材料和电子受体材料以预定比例混合而成，例如，电子给体和受体材料按照质量比1∶0.1～1∶10，优选地，质量比范围为1∶0.5～1∶2。因此，该混合异质结结构是电子给体材料和电子受体材料的混合体，两种材料相互混合掺杂，电子给体材料和电子受体材料相互均匀分布并混合在一起。本实施例的混合异质结结构是具有大面积电荷产生界面的由电子给体和电子受体形成的网络矩阵结构，是电池中光生激子，并拆分成自由的电子和空穴载流子，并输出光电流的主要区域，其可通过例如旋涂制膜的方法，从而使其中的给体材料和受体材料形成较好的均匀相，保证光电流的顺利导出。当然也可以采用真空镀膜或溅射的方法制备，并不限于此。

上述电子给体材料可以是聚对苯撑乙烯(PPV)或其衍生物、聚噻吩材料、聚芴材料、聚咔唑材料或聚双噻吩环戊烷材料以及其他聚合物材料。其中，聚对苯撑乙烯(PPV)或其衍生物可以是例如聚[2-甲氧基-5-(2’-乙烯基-己氧基)聚对苯乙烯撑](简写为MEH-PPV)、聚(2-甲氧基-5-(3′，7′-二甲基辛氧基)-1，4-对苯撑乙烯(简写为MDMO-PPV)；聚噻吩材料可以是例如聚(3-己基噻吩)(简写为P3HT)等；聚芴材料可以是例如含苯并噻二唑单元和芴单元的共聚物等；聚咔唑材料可以是例如含苯并噻二唑单元和咔唑的共聚物等，聚双噻吩环戊烷材料可以是例如含苯并噻二唑单元和双噻吩的共聚物等；其他聚合物材料可以是但不限于含喹喔啉、噻吩并吡咯和噻吩并吡嗪等单元的聚合物等。其中电子受体材料可以为但不限于聚苝酰亚胺材料、C₆₀、C₆₀衍生物(如PCBM)、C₇₀或C₇₀衍生物(如PC₇₀BM)。

光敏层13是整个电池吸收光子产生光电流、光电压的光敏区域。光敏层13的厚度可以为纳米级，例如但不限于10-200纳米，优选为20-160纳米。

在图示的实施例中，分别在光敏层13两侧设置有缓冲层，即包括位于光反射性电极11与光敏层13之间的第一缓冲层12，以及位于光敏层13与透明电极16之间的第二缓冲层15。该第一、第二缓冲层12、15的材料是相同或不同的以下化合物中的至少一种：聚合物导电薄膜、TiO_X、2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉(简称为BCP)、Alq₃、LiF、CuPc。聚合物导电薄膜可以是但不限于聚(3，4-亚乙二氧基噻吩):聚(苯乙烯磺酸)(简称为PEDOT:PSS)、BCP或者Alq₃。其中Alq₃和BCP分别是下面结构式(A)和(B)表示的化合物：

第一、第二缓冲层12、15可以具有相同或不同的纳米级厚度，具体可以为5-20纳米，优选为5-10纳米。

上述这些有机小分子材料用作第一、第二缓冲层12、15，主要起到修饰电极与光敏层之间界面的作用，一方面可以使其界面更加平整，另一方面也有利于界面的电荷传输，提高阳极功函数，同时也在一定程度上起阻挡激子的作用。

透明电极16可采用导电性好的透明材料，例如但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化锌铝(AZO)、氧化锌镓(GZO)、氧化铟锌(IZO)等氧化物透明电极或者金(Au)薄膜、铝(Al)薄膜、银(Ag)薄膜等金属薄膜电极或者碳纳米管导电薄膜等，透明电极16可以作为电池的阳极或者阴极。本实施例中，透明电极16为层状结构，厚度为微米或纳米级，例如但不限于50纳米-2微米，优选为100-200纳米。在一个具体实施例中，与光反射性电极11结构相对应，透明电极16可具有条纹电极图样，例如可以为长直条纹状。

透明绝缘层17主要是采用透明绝缘的材料，例如可以是玻璃层或透明塑胶层，玻璃材料可包括但不限于石英玻璃、硅酸盐玻璃、高硅氧玻璃、钠钙玻璃等，透明塑胶层可包括但不限于聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚酯(PET)等。该透明绝缘层17设置于透明电极16和下转换结构18之间，使得这两层结构之间相互绝缘隔离，以保证下转换结构18与光敏层13及透明电极16在电学上的相对独立，避免了下转换材料对聚合物太阳能电池10的内部光电转换的不利影响，从而可以分别对下转换结构、聚合物太阳能电池10的电池单元(即至少包括光敏层13、透明电极16和光反射性电极)进行独立的性能优化，以达到整个电池系统的性能最优化。透明绝缘层17的厚度可以为但不限于0.5-5毫米，优选为1-3毫米。采用相对较厚的透明绝缘层17，可作为支撑其它层的基层。

透明绝缘层17具有相对的第一表面17a和第二表面17b，第一表面17a为与第二缓冲层15相接的表面，第二表面17b为具有下转换结构18的表面。

下转换结构18中的下转换材料可包括单掺或双掺稀土离子的卤化物、氧化物、硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐、钒酸盐中的至少一种。其中，卤化物优选为氟化物，氧化物可以是稀土氧化物、氧化锌、氧化锆或复合氧化物，硫化物可以是稀土硫化物。具体地，下转换材料例如可以是但不限于单掺或双掺稀土离子的YF₃、LiGdF₄、KYF₄、LiYF₄、K₂GdF₅、BaF₂、LaVO₄、GdBO₃、GdAl₃(BO₃)₄。其中，单掺稀土离子包括Er³⁺、Tb³⁺、Eu³⁺、Pr³⁺、Tm³⁺、Gd³⁺或Nd³⁺等，双掺稀土离子包括Tb³⁺/Yb³、Pr³⁺/Yb³⁺、Gd⁺³/Eu³⁺或Tm³⁺/Yb³⁺等。稀土离子的总掺杂摩尔比并没有特别限定，具体可根据实际需要而定，作为举例，稀土离子相对基质(即卤化物、氧化物、硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐、钒酸盐或者它们的组合物)的总掺杂摩尔比可以为5％-60％，但不限于此。

在双掺的稀土离子中，如在Tb³⁺/Yb³、Pr³⁺/Yb³⁺、Gd⁺³/Eu³⁺或Tm³⁺/Yb³⁺中，两种离子混合摩尔比例为1∶0.1～1∶1，优选地，混合摩尔比例为1∶0.3～1∶0.5。

下转换结构18可以为包含有机材料及分散于有机材料中的下转换材料的薄膜形式，或者采用氧化物薄膜包覆下转换材料的复合结构形式。当然，在其它实施例中，下转换层200也可以是直接形成于透明绝缘层17的第二表面17b的下转换材料薄膜。下转换结构18的厚度可以为但不限于500-600纳米。包覆用的氧化物薄膜可以是ZnO:Al，SnO₂:Sb，通过这种包覆下转换材料的复合结构，可以保证下转换材料的稳定性，从而提高下转换结构18的下转换功能稳定而持久。下转换材料具有“光谱调控”功能，其将不能被电池充分吸收利用的高能量光，例如紫外波段或其它波段的光子转换为较低能量的可见光波段光子，提高了对太阳光的吸收利用率，从而可以改善其光电转换性能。

由此，如图1所示，在太阳光14照射下，一部分光，例如可见光直接透射到达光敏层13，参与光电转换。另一部分光，也是太阳光中占大比重的长波长光，例如紫外波段或其它波段的光通过下转换材料转换为可见光，然后进入到光敏层13，一并参与光电转换，如此大大提高光敏层13对太阳光的利用率，提升整个聚合物太阳能电池的光电转换效率。

请参阅图2，说明本发明实施例的聚合物太阳能电池制造方法，其包括如下步骤：

S01：提供一透明绝缘层，透明绝缘层具有相对的第一表面和第二表面；

S02：在透明绝缘层的第一表面上形成透明电极；

S03：在透明电极上形成光敏层；

S04：在光敏层上形成光反射性电极；

S05：在透明绝缘层的第二表面上形成下转换结构，使得透明绝缘层位于透明电极和下转换结构之间，下转换结构包括对光谱具有下转换功能的下转换材料。

在上述各步骤中，各层结构的材料可以对应分别为以上所描述的材料和组成，在此不再赘述。请再结合参考图1的结构，透明绝缘层17具有第一表面17a和第二表面17b。在步骤S02中，透明电极12可以通过溅射的方法镀于透明绝缘层17的第一表面17a上，形成薄膜状结构。在一个具体的实施例中，还可进一步将透明电极12通过光刻腐蚀成所需要的条纹电极图样，可作为聚合物太阳能电池10的阳极，具体的图样可根据实际需要而定。

对应图1所示的结构，可进一步在透明电极16上形成第二缓冲层15，例如采用旋涂技术制备PEDOT:PSS等聚合物导电薄膜，或者采用蒸镀方法生长TiO_x、BCP、Alq₃、LiF、CuPc等材料，作为图1中的缓冲层15。

光敏层13可采用旋涂技术或真空蒸镀技术形成，以旋涂技术为例，通过湿法镀膜方式，在第二缓冲层15上旋涂制备电子给体材料和电子受体材料按预定比例混合的混合层，形成混合异质结结构，作为图1中的光敏层13。在此湿法镀膜进行之前，可采用有机溶剂将电子给体材料和电子受体材料预先溶解，同时用磁力搅拌器充分搅拌，充分溶解，配成含电子给体材料和电子受体材料质量百分比为(例如按给体/受体材料的质量比1∶0.1～1∶10)的溶液，以备旋涂湿法制膜使用。有机溶剂可以为但不限于氯仿等。将电子给体材料溶液和电子受体材料溶液按照预定配比，旋涂制备出所需的光敏层13，其中，旋涂转速为1500-2000rpm左右。然后可进一步将旋涂产物在60-100℃下进行干燥8-15分钟。

同样对应图1所示的结构，可进一步在光敏层13上形成第一缓冲层12，可采用例如旋涂技术制备PEDOT:PSS等聚合物导电薄膜，或者采用真空蒸镀方法生长TiO_x、BCP、Alq₃、LiF、CuPc等材料，作为图1中的第一缓冲层12。当采用旋涂技术制备PEDOT:PSS等聚合物导电薄膜，涂覆后将其置入烘箱内，在60-100℃烘烤20-60分钟。在一个具体实施例中，烘箱内的烘烤温度为90℃，烘烤时间为25分钟。

光反射性电极11可以采用真空蒸镀方法，辅以条纹掩膜板形成纳米级厚度的电极层。下转换结构18形成方法如下：以下转换材料中的各元素的源化合物作为原料，采用溶胶-凝胶的方法形成于透明绝缘层17的第二表面17b，即未镀有透明电极16的表面，使得透明绝缘层17位于透明电极16和下转换结构18之间。此外，形成上述各层后进一步将整个器件在100℃左右温度下退火5-30分钟，例如具体操作时可以是在110℃温度下退火10分钟。在另一个实施例中，下转换结构18可采用氧化物薄膜包覆下转换材料而形成于透明绝缘层17的第二表面17b，例如采用化学均相共沉淀方法，在上述单掺或双掺稀土离子的卤化物、氧化物、硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐、钒酸盐或者它们的组合物等材料表面包覆ZnO:Al等，形成透明的下转换结构。

以下通过实例来举例说明本发明实施例的聚合物太阳能电池10的结构及其制造方法，以及其性能等方面。

实例1

本实例的结构如图1所示，其中，光反射性电极11采用铝(Al)薄膜电极，第一缓冲层12采用LiF薄膜，光敏层13采用P3HT:PC₇₀BM聚合物混合体异质结薄膜，第二缓冲层15采用PEDOT:PSS聚合物薄膜，透明电极16采用ITO条纹电极，其在可见光区域的透射率大于85％，透明绝缘层17采用石英玻璃，下转换结构18采用LiGdF₄功能薄膜，各层的厚度如下制造方法所述。

上述实例的聚合物太阳能电池10具体制造方法如下：

(1)采用溅射的方法在石英玻璃基板一侧镀一层ITO导电薄膜。石英玻璃的厚度为1.1mm，ITO薄膜的厚度为90-120nm左右，其方块电阻为15-30欧姆/□；

(2)将ITO导电薄膜光刻蚀成所需要的条纹电极图样，作为聚合物太阳能电池的阳极，并制成ITO玻璃基板；

(3)整个ITO玻璃基板通过无水甲醇、丙酮的擦洗，并在无水甲醇中超声清洗1-2小时，之后将ITO玻璃基板在120-150摄氏度的高温炉中烘烤10-20分钟，对ITO玻璃基板进行预处理；

(4)在处理后的ITO透明电极上采用溶胶-凝胶的方法，旋涂PEDOT:PSS薄膜，旋涂转速5000-5500rpm，其薄膜厚度为30-50nm左右，并将旋涂后样品置入烘箱内，在80-100摄氏度烘烤20-30分钟；

(5)采用5ml氯仿作为湿法制备P3HT:PC₇₀BM混合薄膜的溶剂，P3HT和PC₇₀BM的质量比为1∶0.8，其中P3HT在氯仿溶液中的质量百分比浓度为1wt％，PC₇₀BM在氯仿溶液中的质量百分比浓度为0.8wt％。制成的溶液经磁力搅拌器充分搅拌溶解4小时以上，以备旋涂湿法制膜使用；

(6)在PEDOT:PSS薄膜之上，通过溶胶-凝胶的方法，采用前一步骤(5)里调配而成的溶液，旋涂制备P3HT:PC₇₀BM光敏层。旋涂转速为1500-2000rpm，其薄膜厚度为100-150nm左右；

(7)将步骤(6)获得的样品置于真空烘箱内，在80-100摄氏度的温度下烘烤8-15分钟后取出；

(8)将步骤(7)获得的样品传入真空蒸镀室内，其真空度在10^-6Pa以上。在样品的P3HT:PC₇₀BM混合光敏层上真空蒸镀制备氟化锂LiF缓冲层，厚度为0.3-0.5nm，蒸镀生长速率为0.005～0.01nm/s；

(9)在LiF薄膜之上，辅以条纹电极掩膜板真空蒸镀100-120nm厚度铝条纹电极，作为聚合物太阳能电池的阴极；

(10)在步骤(1)中的石英玻璃未镀膜的一侧，采用溶胶-凝胶方法制备一层Eu³⁺掺杂的LiGdF₄薄膜，厚度为500-600nm，最后整个器件在100-120摄氏度退火15-20分钟，即完成了本发明中带有光谱调控功能的聚合物太阳能电池的一个实例的制备。

本实例中的下转换薄膜能将273nm的紫外光转换为峰值约为554nm和614nm的可见光。该波段的光子可以较高效率地被有机太阳能电池吸收利用，从而有效地改善太阳能电池的效率和寿命。

实例2

本实例的聚合物太阳能电池光电转换单元采用聚合物电子给体-电子受体的混合体异质结结构，通过溶胶-凝胶湿法制备，整个电池为倒装结构。其具体结构如图1所示，高反射率电极11采用Au金条纹电极，第一缓冲层12采用CuPc薄膜，光敏层13采用P3HT:PC₇₀BM聚合物混合体异质结薄膜，缓冲层15采用LiF薄膜，透明电极16采用Al铝薄膜电极，透明绝缘层17采用石英玻璃，下转换层18采用Eu³⁺掺杂的LiGdF₄功能薄膜。

其具体制备方法如下：

(1)将石英玻璃基板通过无水甲醇、丙酮的擦洗，并在无水甲醇中超声清洗1.5-2小时，之后将玻璃基板在100-150摄氏度的高温炉中烘烤15-20分钟；

(2)将洁净石英玻璃基板传入超高真空镀膜系统中，其真空度在10^-6Pa以上。采用真空蒸镀的方式，辅以条纹电极掩膜板，蒸镀8-10nm金属铝透明电极，作为整个聚合物太阳能电池的阴极。其生长速率0.05-0.1nm/s；

(3)在铝薄膜电极之上，通过真空蒸镀的方法，生长氟化锂LiF缓冲层，厚度为0.2-0.5nm，蒸镀生长速率为0.001～0.01nm/s；

(4)采用2ml邻二氯苯作为湿法制备P3HT:PC₇₀BM混合薄膜的溶剂，P3HT和PC₇₀BM的质量比为1∶0.8，其中P3HT在氯仿溶液中的质量百分比浓度为1wt％，PC₇₀BM在氯仿溶液中的质量百分比浓度为0.8wt％。制成的溶液经磁力搅拌器充分搅拌溶解4小时以上，以备旋涂湿法制膜使用；

(5)将步骤(3)中获得的样品从真空镀膜系统中取出，在LiF薄膜之上，通过溶胶-凝胶的方法，采用前一步骤(4)里调配而成的溶液，旋涂制备P3HT:PC₇₀BM光敏层。旋涂转速为1500-2500rpm，其薄膜厚度为100-130nm左右；

(6)将步骤(5)中获得的样品置于真空烘箱内，在80-90摄氏度的温度下烘烤10-12分钟后取出；

(7)将步骤(6)中获得的样品传入真空蒸镀室内，其真空度在10^-6Pa以上。在样品的P3HT:PC₇₀BM混合光敏层上真空蒸镀生长CuPc阳极缓冲层，厚度为0.5-1nm，蒸镀生长速率为0.005-0.01nm/s；

(8)在CuPc缓冲层之上，辅以条纹电极掩膜板真空蒸镀40-60nm厚度金条纹电极作为聚合物太阳能电池的阳极；

(9)将样品从真空镀膜室中取出，在石英玻璃未镀膜的一侧，采用溶胶-凝胶方法制备一层Eu³⁺掺杂的LiGdF₄薄膜，厚度为550-650nm，最后整个器件在90-110摄氏度退火18-20分钟，至此即完成了本发明中带有光谱调控功能的聚合物太阳能电池的一个实例的制备。

本实例中的下转换薄膜能将273nm的紫外光转换为峰值约为554nm和614nm的可见光。该波段的光子可以较高效率地被有机太阳能电池吸收利用，从而有效地改善太阳能电池的效率和寿命。

在所述聚合物太阳能电池中，一方面，通过设置下转换结构，利用下转换材料的光谱转换功能，将不能被电池充分吸收利用的光，例如低能量近红外波段光子转换为较高能量的可见光波段光子，提高了聚合物太阳能电池对太阳光能的吸收利用率，从而可以改善其光电转换性能。另一方面，在下转换结构与透明电极之间有一层透明绝缘层，可以保证下转换层与太阳能电池在电学上的相对独立，避免了下转换材料对太阳能电池光电转换的不利影响，增强聚合物太阳能电池的电学性能。在聚合物太阳能电池制造方法中，按照预定步骤形成各层结构，其工艺步骤简单，生产成本低，具有广阔的应用前景。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种聚合物太阳能电池，其包括光反射性电极、形成于所述光反射性电极上的光敏层、形成于所述光敏层上的透明电极，其特征在于，还包括形成于所述透明电极上的下转换结构，以及位于所述透明电极和下转换结构之间的透明绝缘层，所述下转换结构包括对光谱具有下转换功能的下转换材料。

2.如权利要求1所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述下转换材料包括单掺或双掺稀土离子的卤化物、氧化物、硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐、钒酸盐中的至少一种。

3.如权利要求1所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述下转换材料包括单掺或双掺稀土离子的YF₃、LiGdF₄、KYF₄、LiYF₄、K₂GdF₅、BaF₂、LaVO₄、GdBO₃、GdAl₃(BO₃)₄。

4.如权利要求2或3所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述单掺稀土离子包括Er³⁺、Tb³⁺、Eu³⁺、Pr³⁺、Tm³⁺、Gd³⁺或Nd³⁺，所述双掺稀土离子包括Tb³⁺/Yb³、Pr³⁺/Yb³⁺、Gd⁺³/Eu³⁺或Tm³⁺/Yb³⁺。

5.如权利要求1所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述下转换结构为包括有机材料及分散于有机材料中的下转换材料的薄膜，或者采用氧化物薄膜包覆下转换材料的复合结构。

6.如权利要求1所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，还包括形成于所述光反射性电极与光敏层之间的第一缓冲层以及形成于所述光敏层与透明电极之间的第二缓冲层，所述第一、第二缓冲层的材料选自聚合物导电薄膜、TiO_X、2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉、Alq₃、LiF、CuPc中的至少一种。

7.如权利要求1所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述下转换材料包括双掺稀土离子的卤化物、氧化物、硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐、钒酸盐或者它们的组合物，所述双掺稀土离子包括Tb³⁺/Yb³、Pr³⁺/Yb³⁺、Gd⁺³/Eu³⁺或Tm³⁺/Yb³⁺，在双掺的稀土离子中，两种稀土离子混合摩尔比例为1∶0.1～1∶1。

8.一种聚合物太阳能电池制造方法，其包括如下步骤：

提供一透明绝缘层，所述透明绝缘层具有相对的第一表面和第二表面；

在所述透明绝缘层的第一表面上形成透明电极；

在所述透明电极上形成光敏层；

在所述光敏层上形成光反射性电极；

在所述透明绝缘层的第二表面上形成下转换结构，使得透明绝缘层位于所述透明电极和下转换结构之间，所述下转换结构包括对光谱具有下转换功能的下转换材料。

9.如权利要求8所述的聚合物太阳能电池制造方法，其特征在于，所述下转换材料包括单掺或双掺稀土离子的卤化物、氧化物、硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐、钒酸盐或者它们的组合物，所述单掺稀土离子包括Er³⁺、Tb³⁺、Eu³⁺、Pr³⁺、Tm³⁺、Gd³⁺或Nd³⁺，所述双掺稀土离子包括Tb³⁺/Yb³、Pr³⁺/Yb³⁺、Gd⁺³/Eu³⁺或Tm³⁺/Yb³⁺。

10.如权利要求8所述的聚合物太阳能电池制造方法，其特征在于，所述下转换结构通过将溶胶-凝胶法形成的下转换材料颗粒分散于有机材料中后一起涂覆于所述透明绝缘层的第二表面，或者采用化学共沉淀法将氧化物薄膜包覆下转换材料形成于所述透明绝缘层的第二表面。

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