CN102347383A - 太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种太阳能电池，包括：透明基体；透明导电电极，设于透明基体上；第一缓冲层，设于透明导电电极上；第一纳米柱阵列层，设于第一缓冲层上；第二纳米柱阵列层，间隔设于第一纳米柱阵列层上，第二纳米柱阵列层包括周期性间隔排布的多个第二纳米柱，该多个第二纳米柱构成二维光子晶体结构；光活性层，填充于第一纳米柱阵列层和第二纳米柱阵列层之间，且渗透进入第一纳米柱阵列层和第二纳米柱阵列层内部；第二缓冲层，设于第二纳米柱阵列层上；及导电电极，设于第二缓冲层上。上述太阳能电池具有光电转化效率较高的优点。本发明还提供一种上述太阳能电池的制备方法。

Description

太阳能电池及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及一种太阳能电池及其制备方法。

【背景技术】

随着全球经济的快速发展，能源的消耗急剧增长，化石燃料的巨量使用不仅造成了煤、石油、天然气等不可再生资源的日渐枯竭，威胁到人类社会的能源安全，而且大量二氧化碳的排放也造成了日益严重的社会环境问题。在这种形势下，急需开发利用既经济性能又高的清洁能源。其中，太阳能被视为可利用的、最有前途的、可再生能源之一，引起人们的关注。

近年来，随着对有机太阳能电池材料和器件结构的不断探索，有机太阳能电池的效率已经达到了6％～7％。然而要实现商业化，有机太阳能电池的光电转换效率仍然较低，器件的稳定性也还有待于进一步的提高。在本体异质结型的有机太阳能电池中，由于异质结界面增多，活性材料吸收太阳光后产生的激子能迅速解离形成自由的电子和空穴，相对两层结构来说，效率得到了较大提高。但是与无机半导体相比，有机物中的载流子迁移率相对较低，大部分的载流子还未来得及传输到电池的两电极，就已经发生了复合，这样就导致电流损失，使有机太阳能电池的短路电流较低，其光电转换效率也偏低；另外，有机太阳能电池的光活性层的厚度一般要求控制在100nm左右，部分太阳光来不及被光活性层吸收就已经透过，造成了太阳光的浪费，也使得效率不高。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种光电转换效率较高的太阳能电池及其制备方法。

一种太阳能电池，包括：透明基体；透明导电电极，设于透明基体上；第一缓冲层，设于透明导电电极上；第一纳米柱阵列层，设于第一缓冲层上；第二纳米柱阵列层，间隔设于第一纳米柱阵列层上，第二纳米柱阵列层包括周期性间隔排布的多个第二纳米柱，该多个第二纳米柱构成二维光子晶体结构；光活性层，填充于第一纳米柱阵列层和第二纳米柱阵列层之间，且渗透进入第一纳米柱阵列层和第二纳米柱阵列层内部；第二缓冲层，设于第二纳米柱阵列层上；及导电电极，设于第二缓冲层上。

在优选的实施例中，该导电电极的材料为具有高功函数的金属，该第一纳米柱阵列层的材料为传输电子的材料，该第二纳米柱阵列层的材料为传输空穴的材料。

在优选的实施例中，该具有高功函数的金属为Ag或Au。

在优选的实施例中，该导电电极的材料为具有低功函数的金属，该第一纳米柱阵列层的材料为传输空穴的材料，该第二纳米柱阵列层的材料为传输电子的材料。

在优选的实施例中，该具有低功函数的金属为Al、Ca-Al合金、Ba-Al合金、Mg-Ag合金中的一种。

在优选的实施例中，该传输电子的材料为TiO_x、Cs₂CO₃、ZnO、SnO₂中的至少一种，该传输空穴的材料为NiO、MoO₃、V₂O₅、WO₃中的至少一种。

在优选的实施例中，该第一缓冲层的材料与该第一纳米柱阵列层的材料相同，该第二缓冲层的材料与该第二纳米柱阵列层的材料相同。

在优选的实施例中，该光活性层为电子给体材料和电子受体材料的混合物或为分子内含电子给体-受体单元的材料。

在优选的实施例中，该电子给体材料为噻吩小分子、噻吩寡聚物或噻吩聚合物、芳香胺类材料、PPV类材料、稠环芳香化合物、酞菁类染料、亚酞菁染料中的至少一种；该电子受体材料为富勒烯及其衍生物、PPV类材料、稠环芳香化合物中的至少一种。

一种太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：于一透明基体上形成透明导电电极；于该透明导电电极上形成第一缓冲层；于该第一缓冲层上形成第一纳米柱阵列层；于该第一纳米柱阵列层上形成光活性层；于该光活性层上形成第二纳米柱阵列层，该第二纳米柱阵列层包括周期性间隔排布的多个第二纳米柱，该多个第二纳米柱构成二维光子晶体结构；于该第二纳米柱阵列层上形成第二缓冲层；及于该第二缓冲层上形成导电电极。

上述太阳能电池工作时，光活性层吸收太阳光后产生激子，在给体、受体材料界面处发生分离产生自由的电子和空穴。由于纳米柱阵列中纳米柱之间的距离很短，自由的电子和空穴很容易传输至纳米柱上，再通过纳米柱迅速传输至太阳能电池的两极上。在这种太阳能电池结构中，电子和空穴的传输都有各自直接的导通路径，提高了载流子的传输效率，减少了载流子的复合几率，提高了载流子的收集效率，使太阳能电池的短路电流增大，进而提高其光电转换效率。

【附图说明】

图1为一实施例的太阳能电池的剖面示意图。

【具体实施方式】

请参阅图1，本实施例所提供的太阳能电池100为层叠结构，其包括透明基体10、透明导电电极20、第一缓冲层30、第一纳米柱阵列层40、第二纳米柱阵列层50、第二缓冲层60、导电电极70及光活性层80。

透明基体10为有机太阳能电池100的基板，其大致为平板状。透明基体10的材料可为玻璃、有机玻璃、硅、塑料或者有机合成材料等透光材料。

透明导电电极20大致为平板状，其设于透明基体10上。透明导电电极20的材料可为导电金属氧化物薄膜或导电高分子材料。所述导电金属氧化物选自导电金属氧化物如铟锡氧化物(ITO)、氟锡氧化物(FTO)和铝锌氧化物(AZO)中的至少一种；透明导电电极20的厚度为80～120nm，透光率大于80％。

第一缓冲层30大致为平板状，其设于透明导电电极20上。第一缓冲层30的主要作用是用来传输载流子。光活性层80中产生的自由载流子可以迅速通过它传输至电极一端。第一缓冲层30还能阻挡部分激子。构成第一缓冲层30的材料按照传输载流子性质的不同，可以分为两类：一类是传输电子的材料，可为TiO_x、Cs₂CO₃、ZnO、SnO₂的至少一种，另一类是传输空穴的材料，可为NiO、MoO₃、V₂O₅、WO₃的至少一种。第一缓冲层30的厚度为20～80nm。第一缓冲层30还具有良好的光透过率。

第一纳米柱阵列层40设于第一缓冲层30上。第一纳米柱阵列层40包括呈阵列排布的多个第一纳米柱41。第一纳米柱41的形状可为直径为30～200nm的圆柱或平均边长为30～200nm方形柱。第一纳米柱41的高度为100～1000nm，柱间间距为30-100nm。第一纳米柱阵列层40的作用是传输载流子，自由的光生载流子可以迅速通过其传输至第一缓冲层30，进而传输至透明导电电极20。第一纳米柱阵列层40的材料与第一缓冲层30的材料相同。

第二纳米柱阵列层50间隔设置与第一纳米柱阵列层40之上，即第二纳米柱阵列层50与第一纳米柱阵列层40不直接接触，且二者之间形成30～120nm的间隔。第二纳米柱阵列层50包括呈阵列排布的多个第二纳米柱51。第二纳米柱51的形状可为直径为30～200nm的圆柱或平均边长为30～200nm方形柱。第二纳米柱51的高度为100～1000nm，柱间间距为30-100nm。通过时域有限差分法(FDTD Solutions)设计第二纳米柱51的排布形式，确定第二纳米柱51的相关数据，使其构成二维光子晶体结构，达到对太阳光能量的最大限度吸收和减反。第二纳米柱阵列层50的作用是传输载流子，自由的光生载流子可以迅速通过其传输至第二缓冲层60，进而传输至导电电极70。构成第二纳米柱阵列层50的材料按照传输载流子性质的不同，可以分为两类：一类是传输电子的材料，可为TiO_x、Cs₂CO₃、ZnO、SnO₂的至少一种，另一类是传输空穴的材料，可为NiO、MoO₃、V₂O₅、WO₃的至少一种。

第二缓冲层60大致为平板，其设于第二纳米柱阵列层50之上。第二缓冲层60的作用与第一缓冲层30相近，其厚度为20～80nm。第二缓冲层60的材料与第二纳米柱阵列层50的材料相同。

导电电极70大致为平板，其设于第二缓冲层60上。导电电极70可为金属薄膜电极，其可以作为太阳能电池的阴极或阳极。构成导电电极70的材料按材料功函数高低可以分为两类：第一类是具有高功函数(High work function)的金属，如Ag、Au等；第二类是具有低功函数(Low work function)的金属或合金，如Al、Ca-Al合金、Ba-Al合金、Mg-Ag合金等。导电电极70的厚度为80～150nm。当导电电极70为具有高功函数的金属时，第一缓冲层30与第一纳米柱阵列40为传输电子的材料，第二过渡层60与第二纳米柱阵列50为传输空穴的材料；当所述电极70为具有低功函数的金属或者合金时，第一缓冲层30与第一纳米柱阵列40为传输空穴的材料，第二缓冲层60与第二纳米柱阵列50为传输电子的材料。

光活性层80为是太阳能电池100吸收太阳光产生光电流、光电压的主要区域。光活性层80填充于第一纳米柱阵列层40和第二纳米柱阵列层50之间，且渗透进入第一纳米柱阵列层40和第二纳米柱阵列层50内部。光活性层80的材料为电子给体材料和电子受体材料的混合物或为分子内含电子给体-受体单元的材料。电子给体材料可为噻吩类材料[包括聚合物(如P₃HT、PCPDTBT、P₃OT)、小分子或寡聚物(如DCV₅T、V₅T、4G1-3S、3G1-1S)]、芳香胺类材料(如TPD、TPA-Th-CN、TCVA)、PPV类材料(如PPV、MEH-PPV、MDMO-PPV)、稠环芳香化合物(如Tetracene、Pentacene、Pe-Th₂)、酞菁类染料[MPc(M为金属离子，如CuPc、ZnPc等)、H₂Pc、SubPc(为亚酞菁材料)]。电子受体材料可以是富勒烯及其衍生物[如C6₀、PCBM(PC₆₀BM、PC₇₀BM)、ThCBM、PCBB]、PPV类材料(如CN-Ether-PPV、MEH-CN-PPV)、稠环芳香化合物(如PTCBI、PTCDA、BBL)等。由于第一纳米柱阵列层40与第二纳米柱阵列层50相互不接触，因此除第一纳米柱阵列层40与第二纳米柱阵列层50之间填充有光活性层80外，多个第一纳米柱41和/或多个第二纳米柱51之间也填充有光活性层80。

太阳能电池工作时，光活性层吸收太阳光后产生激子，在给体、受体材料界面处发生分离产生自由的电子和空穴。由于纳米柱阵列中纳米柱之间的距离很短，自由的电子和空穴很容易传输至纳米柱上，再通过纳米柱迅速传输至太阳能电池的两极上。在这种太阳能电池结构中，电子和空穴的传输都有各自直接的导通路径，提高了载流子的传输效率，减少了载流子的复合几率，提高了载流子的收集效率，使太阳能电池的短路电流增大，进而提高其光电转换效率。

其次，虽然上述有机太阳能电池的两个纳米柱阵列之间的距离只有几十到一百多纳米，但是由于纳米柱阵列的空隙内填充了有机光活性材料，太阳光在太阳能电池内传输的路径相对于一般结构的异质结有机太阳能电池而言长了很多，可以使有机光活性材料充分吸收太阳光，提高太阳能电池的光电转换效率。

最后，由于纳米柱阵列中填充了有机光活性材料，此种周期性的结构形成了光子晶体结构，光活性的有机材料来不及吸收的太阳光可以通过此结构的反射作用重新照射到有机材料上，增强有机材料对太阳光的吸收，提高太阳能电池的光电转换效率。

上述有机太阳能电池100的制备方法包括以下步骤：

(1)于一透明基体上形成透明导电电极。

以玻璃等透光材料作为图1中的透明基板10，然后在基板10的一侧采用真空蒸镀法、磁控溅射法、脉冲激光沉积法、化学气相沉积、溶胶-凝胶法等方法沉积一层透明导电薄膜，并将其刻蚀成具有一定宽度的条纹图样，作为图1中的透明导电电极20，然后将其洗净，烘干。

(2)于透明导电电极上形成第一缓冲层。

可采用真空蒸镀、化学气相沉积、电子束蒸发、低温真空溅射、溶胶-凝胶法等方法在透明导电电极20上沉积一层第一缓冲层30。若为溶液法制备时需加热烘干。

(3)于第一缓冲层上形成第一纳米柱阵列层。

可采用真空蒸镀、化学气相沉积、诱导耦合等离子体刻蚀、电子束曝光、电子束蒸发、低温真空溅射等方法在第一缓冲层30上面制备第一纳米柱阵列层40。

(4)于第一纳米柱阵列层上形成光活性层。

可采用真空共蒸镀光活性材料、或者将光活性材料配成溶液，将其填充到第一纳米柱阵列层40的多个第一纳米柱41之间的空隙内，空隙填满后继续在上面沉积一层光活性层80。若为溶液法制备时需加热烘干。

(5)于光活性层上形成第二纳米柱阵列层。

采用纳米压印方法，在光活性材料上形成纳米阵列的图案，然后不限于采用真空蒸镀、化学气相沉积、电子束蒸发、低温真空溅射、溶胶-凝胶法等方法，将上面的图案用纳米柱阵列的材料填满，形成第二纳米柱阵列层50。通过时域有限差分法(FDTD Solutions)设计第二纳米柱阵列层50内的第二纳米柱51的排布形式，使其构成二维光子晶体结构。溶液法制备时需加热烘干。

(6)于第二纳米柱阵列层上形成第二缓冲层。

可采用真空蒸镀、化学气相沉积、电子束蒸发、低温真空溅射、溶胶-凝胶法等方法在第二纳米柱阵列50上沉积一层第二缓冲层60。溶液法制备时需加热烘干。

(7)于第二缓冲层上形成导电电极。

可采用真空蒸镀、化学气相沉积、电子束蒸发、低温真空溅射法在第二缓冲层60上沉积一层导电电极70。优选的，本发明太阳能电池100的制备方法还包括将步骤(7)形成的太阳能电池在惰性气氛中退火处理。

以下用具体实施例来进一步说明太阳能电池。

实施例1

(1)采用真空蒸镀法，在玻璃基板上面制备厚度为80nm的透明导电金属氧化物ITO薄膜层，将透明导电金属氧化物薄膜刻蚀成一定图案，并将其洗净烘干；

(2)采用真空蒸镀法在透明导电金属氧化物ITO薄膜上制备一层厚度为20nm的第一缓冲层ZnO薄膜；

(3)采用化学气相沉积法在ZnO薄膜上制备ZnO圆柱形纳米柱阵列层，圆形平均直径为30nm，高度为100nm，柱间间距为30nm；

(4)采用真空共蒸镀法，将Pentacene与PCBM按质量比为4∶1，填充到纳米柱阵列形成的空隙内，空隙填满后继续在上面沉积一层厚度为1030nm的光活性材料；

(5)采用纳米压印法，在光活性材料上形成圆柱形纳米阵列的图案，圆形平均直径为200nm，高度为1000nm，柱间间距为100nm；然后采用电子束蒸发法将NiO填充到圆柱形纳米阵列的图案中，形成以上尺寸的NiO纳米柱阵列层；两个纳米柱阵列层相互不接触，除了每个纳米柱阵列的空隙内充满光活性材料之外，两个纳米柱阵列之间填充的光活性材料的厚度为30nm；

(6)采用低温真空溅射法在NiO的纳米柱阵列层上沉积一层厚度为80nm的第二缓冲层NiO；

(7)采用电子束蒸发法在缓冲层NiO上面沉积一层厚度为80nm的Ag；

(8)将上面的太阳能电池在惰性气氛中退火处理，制作完成。

实施例2

(1)利用磁控溅射法，在有机玻璃基板上面制备厚度为120nm透明导电金属氧化物FTO薄膜层，将透明导电金属氧化物薄膜刻蚀成一定图案，并将其洗净烘干；

(2)采用电子束蒸发法在透明导电金属氧化物FTO薄膜上制备一层厚度为80nm的第一缓冲层SnO₂薄膜；

(3)采用真空蒸镀法在SnO₂薄膜上制备ZnO圆柱形纳米柱阵列层，圆形平均直径为65nm，高度为280nm，柱间间距为40nm；

(4)采用真空共蒸镀法，将CuPc与PCBM按质量比为1∶4，填充到纳米柱阵列形成的空隙内，空隙填满后继续在上面沉积一层厚度为870nm光活性材料；

(5)采用纳米压印法，在光活性材料上形成圆柱形纳米阵列的图案，圆形平均直径为165nm，高度为820nm，柱间间距为85nm；然后采用真空蒸镀法将MoO₃填充到纳米阵列的图案中，形成以上尺寸的MoO₃纳米柱阵列；两个纳米柱阵列层相互不接触，除了每个纳米柱阵列的空隙内充满光活性材料之外，两个纳米柱阵列层之间填充的光活性材料的厚度为50nm；

(6)采用低温真空溅射法在MoO₃的纳米柱阵列上沉积一层厚度为20nm的第二缓冲层WO₃；

(7)采用化学气相沉积法在缓冲层WO₃上面沉积一层厚度为120nm的Au；

(8)将上面的太阳能电池在惰性气氛中退火处理，制作完成。

实施例3

(1)利用化学气相沉积法，在透明塑料基板上面制备厚度为100nm的透明导电金属氧化物AZO薄膜层，将透明导电金属氧化物薄膜刻蚀成一定图案，并将其洗净烘干；

(2)采用溶胶-凝胶法在透明导电金属氧化物AZO薄膜上沉积一层厚度为30nm的第一缓冲层TiO_x，加热烘干；

(3)采用诱导耦合等离子体刻蚀法在缓冲层TiO_x上面制备ZnO圆柱形纳米柱阵列，圆形平均直径为95nm，高度为460nm，柱间间距为55nm；

(4)配制P₃HT与PCBM质量比为4∶1、均匀混合的、总浓度为15mg/ml的氯苯溶液，将混合溶液填充到纳米柱阵列形成的空隙内，空隙填满后加热烘干，继续在上面沉积一层厚度为710nm的上述光活性材料加热烘干；

(5)采用纳米压印方法，在光活性材料上形成圆柱形纳米阵列的图案，圆形平均直径为130nm，高度为640nm，柱间间距为70nm；然后采用低温真空溅射法将WO₃填充到纳米阵列的图案中，形成以上尺寸的WO₃纳米柱阵列；两个纳米柱阵列层相互不接触，除了每个纳米柱阵列的空隙内充满光活性材料之外，两个纳米柱阵列层之间填充的光活性材料的厚度为70nm；

(6)采用溶胶-凝胶法等方法在纳米柱阵列WO₃上沉积一层厚度为70nm的第二缓冲层V₂O₅，加热烘干；

(7)采用低温真空溅射法在缓冲层60上面沉积一层厚度为100nm的Ag；

(8)将上面的太阳能电池在惰性气氛中退火处理，制作完成。

以上三个实施例的太阳能电池结构中，透明导电金属氧化物做阴极、Au或者Ag做阳极、光活性层及载流子传输层被夹在阴阳两极之间。由于不活泼金属做导电电极，电极本身很稳定，空气中的氧气、水汽也很难进入光活性层，所以这种结构能够提高器件性能的稳定性。

实施例4

(1)采用溶胶-凝胶法，在硅片基板上面制备厚度为100nm的透明导电金属氧化物ITO薄膜层，加热烘干，然后将透明导电金属氧化物薄膜刻蚀成一定图案，并将其洗净烘干；

(2)采用低温真空溅射法在透明导电金属氧化物ITO薄膜上沉积一层厚度为40nm的第一缓冲层NiO；

(3)采用电子束蒸发法在缓冲层NiO上面制备NiO方形纳米柱阵列，方形平均边长为130nm，高度为640nm，柱间间距为70nm；

(4)配制P₃HT与PCBM质量比为1∶4、均匀混合的、总浓度为30mg/ml的氯苯溶液，将混合溶液填充到纳米柱阵列形成的空隙内，空隙填满后加热烘干，继续在上面沉积一层厚度为550nm的上述光活性材料，加热烘干；

(5)采用纳米压印方法，在光活性材料上形成圆柱形纳米柱阵列的图案，圆形平均直径为95nm，高度为460nm，柱间间距为55nm；然后采用化学气相沉积法将ZnO填充到纳米阵列的图案中，形成以上尺寸的ZnO纳米柱阵列；两个纳米柱阵列相互不接触，除了每个纳米柱阵列的空隙内充满光活性材料之外，两个纳米柱阵列之间填充的光活性材料的厚度为90nm；

(6)采用化学气相沉积法在纳米柱阵列ZnO上沉积一层厚度为60nm的第二缓冲层Cs₂CO₃；

(7)采用真空蒸镀法在缓冲层Cs₂CO₃上面沉积一层厚度为80nm的Al；

(8)将上面的太阳能电池在惰性气氛中退火处理，制作完成。

实施例5：

(1)采用真空蒸镀法，在玻璃基板上面制备厚度为90nm透明导电金属氧化物FTO薄膜层，将透明导电金属氧化物薄膜刻蚀成一定图案，并将其洗净烘干；

(2)采用电子束蒸发法在透明导电金属氧化物FTO薄膜上沉积一层厚度为60nm的第一缓冲层WO₃；

(3)采用化学气相沉积法缓冲层WO₃上面制备MoO₃方形纳米柱阵列，方形平均边长为165nm，高度为820nm，柱间间距为85nm；

(4)配制MEH-PPV与PCBM质量比为4∶1、均匀混合的、总浓度为15mg/ml的氯苯溶液，将混合溶液填充到半导体纳米柱阵列形成的空隙内，空隙填满后加热烘干，继续在上面沉积一层厚度为380nm的上述光活性材料，加热烘干；

(5)采用纳米压印方法，在光活性材料上形成方形纳米柱阵列的图案，方形平均边长为65nm，高度为280nm，柱间间距为40nm；然后采用低温真空溅射法将ZnO填充到纳米阵列的图案中，形成以上尺寸的ZnO纳米柱阵列；两个纳米柱阵列层相互不接触，除了每个纳米柱阵列的空隙内充满光活性材料之外，两个纳米柱阵列之间填充的光活性材料的厚度为100nm；

(6)采用低温真空溅射法在纳米柱阵列ZnO上沉积一层厚度为70nm的第二缓冲层SnO₂；

(7)采用电子束蒸发法在缓冲层SnO₂上面沉积导电电极Ca-Al，其中Ca的厚度为20nm，Al的厚度为100nm；

(8)将上面的太阳能电池在惰性气氛中退火处理，制作完成。

实施例6：

(1)采用脉冲激光沉积法，在有机玻璃基板上面制备厚度为110nm透明导电金属氧化物AZO薄膜层，将透明导电金属氧化物薄膜刻蚀成一定图案，并将其洗净烘干；

(2)采用溶胶-凝胶法在透明导电金属氧化物AZO薄膜上沉积一层厚度为70nm的第一缓冲层V₂O₅，加热烘干；

(3)采用真空蒸镀法在缓冲层V₂O₅上面制备WO₃圆柱形纳米柱阵列，圆形平均直径为200nm，高度为1000nm，柱间间距为100nm；

(4)配制MEH-PPV与PCBM质量比为1∶4、均匀混合的、总浓度为30mg/ml的氯苯溶液，将混合溶液填充到纳米柱阵列形成的空隙内，空隙填满后加热烘干，继续在上面沉积一层厚度为220nm的上述光活性材料，加热烘干；

(5)采用纳米压印方法，在光活性材料上形成方形纳米阵列的图案，方形平均边长为30nm，高度为100nm，柱间间距为30nm；然后采用化学气相沉积法将SnO₂填充到纳米阵列的图案中，形成以上尺寸的SnO₂纳米柱阵列；两个纳米柱阵列层相互不接触，除了每个纳米柱阵列的空隙内充满光活性材料之外，两个纳米柱阵列之间填充的光活性材料的厚度为120nm；

(6)采用溶胶-凝胶法在纳米柱阵列SnO₂上沉积一层厚度为30nm的第二缓冲层TiO_x，加热烘干；

(7)采用化学气相沉积法在缓冲层TiO_x上面沉积一层厚度为150nm的Mg-Ag合金；

(8)将上面的太阳能电池在惰性气氛中退火处理，制作完成。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种太阳能电池，其特征在于，包括：

透明基体；

透明导电电极，设于该透明基体上；

第一缓冲层，设于该透明导电电极上；

第一纳米柱阵列层，设于该第一缓冲层上；

第二纳米柱阵列层，间隔设于该第一纳米柱阵列层上，该第二纳米柱阵列层包括周期性间隔排布的多个第二纳米柱，该多个第二纳米柱构成二维光子晶体结构；

光活性层，填充于该第一纳米柱阵列层和该第二纳米柱阵列层之间，且渗透进入该第一纳米柱阵列层和该第二纳米柱阵列层内部；

第二缓冲层，设于该第二纳米柱阵列层上；及

导电电极，设于该第二缓冲层上。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：该导电电极的材料为具有高功函数的金属，该第一纳米柱阵列层的材料为传输电子的材料，该第二纳米柱阵列层的材料为传输空穴的材料。

3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于：该具有高功函数的金属为Ag或Au。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：该导电电极的材料为具有低功函数的金属，该第一纳米柱阵列层的材料为传输空穴的材料，该第二纳米柱阵列层的材料为传输电子的材料。

5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于：该具有低功函数的金属为Al、Ca-Al合金、Ba-Al合金、Mg-Ag合金中的一种。

6.根据权利要求2或4所述的太阳能电池，其特征在于：该传输电子的材料为TiO_x、Cs₂CO₃、ZnO、SnO₂中的至少一种，该传输空穴的材料为NiO、MoO₃、V₂O₅、WO₃中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：该第一缓冲层的材料与该第一纳米柱阵列层的材料相同，该第二缓冲层的材料与该第二纳米柱阵列层的材料相同。

8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：该光活性层为电子给体材料和电子受体材料的混合物或为分子内含电子给体-受体单元的材料。

9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于：该电子给体材料为噻吩小分子、噻吩寡聚物或噻吩聚合物、芳香胺类材料、PPV类材料、稠环芳香化合物、酞菁类染料、亚酞菁染料中的至少一种；该电子受体材料为富勒烯及其衍生物、PPV类材料、稠环芳香化合物中的至少一种。

10.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

于一透明基体上形成透明导电电极；

于该透明导电电极上形成第一缓冲层；

于该第一缓冲层上形成第一纳米柱阵列层；

于该第一纳米柱阵列层上形成光活性层；

于该光活性层上形成第二纳米柱阵列层，该第二纳米柱阵列层包括周期性间隔排布的多个第二纳米柱，该多个第二纳米柱构成二维光子晶体结构；

于该第二纳米柱阵列层上形成第二缓冲层；及

于该第二缓冲层上形成导电电极。

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