CN104253222B - 有机串联叠层太阳电池的中间连接层及构成的高效太阳电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机串联叠层太阳电池的中间连接层及构成的高效太阳电池。中间连接层的空穴传输层和电子传输层之间还包含有一层功函数介于空穴传输层和电子传输层之间的中间金属电极层，中间金属电极层的厚度为2‑20nm，并由中间连接层的上下分别排布前亚电池和背亚电池构成太阳电池。本发明一方面可以有效收集来自亚电池的电荷并有效复合，另一方面可以调整光场在器件中的分布，从而平衡两个亚电池的短路电流，同时形成较强的光学微区效应，使器件对光的利用率提高。

Description

有机串联叠层太阳电池的中间连接层及构成的高效太阳电池
技术领域
本发明涉及一种中间连接层及太阳电池，尤其是涉及一种有机串联叠层太阳电池的中间连接层及构成的高效太阳电池。
背景技术
有机叠层太阳电池器件相对于单结太阳电池器件有更高的光电转换效率。在这种结构中，中间连接层是关键。目前，聚3，4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT：PSS)/氧化锌是最常用的中间连接层(Nat.Comm.,4,2013,1446)，然而由于PEDOT：PSS具有酸性和一定光吸收，从而导致器件不稳定和光损失。同时，水性的PEDOT：PSS必须经过修饰处理才能够在亲油性的光敏层表面形成较好的薄膜。而基于超薄金属的中间层中(Green,1,2011,65–80)，由于缺少合适的电子或空穴传输层，因此基于超薄金属中间层的串联叠层太阳电池器件不能达到较高的光电转换效率。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的是提出了一种有机串联叠层太阳电池的中间连接层及构成的高效太阳电池。
本发明采用的技术方案如下：
一、一种有机串联叠层电池的中间连接层
中间连接层包括从下而上排布的空穴传输层和电子传输层，空穴传输层和电子传输层之间还包含有一层功函数介于空穴传输层和电子传输层之间的中间金属电极层，中间金属电极层的厚度为2-20nm，所述中间连接层形成台阶式能级结构，通过中间金属电极层促进空穴传输层和电子传输层收集后的电子和空穴的复合，并通过该中间金属电极层改变光场在太阳电池中的分布，形成光学微区效应增加光的吸收。
所述的空穴传输层为氧化钼、氧化钨、氧化镍或者五氧化二钒。
所述的中间金属电极层为银、金、铜或者铝。
所述的电子传输层为氧化锌、氧化钛、(9,9-双(3’-(N,N-二甲基氨基)丙基)-2,7-芴)-2,7-(9,9-二辛基芴)交替共聚物或者被乙氧基化的聚乙烯亚胺。
二、一种高效太阳电池
串联叠层太阳电池器件包括从下而上排布的前亚电池、中间连接层和背亚电池，中间连接层包括从下而上排布的空穴传输层和电子传输层；中间连接层中的空穴传输层和电子传输层之间包含有一层功函数介于空穴传输层和电子传输层之间的中间金属电极层，该中间金属电极层的厚度为2-20nm，中间连接层形成台阶式能级结构，通过中间金属电极层促进中间连接层中的空穴传输层和电子传输层收集后的电子和空穴的复合，并通过该中间金属电极层改变光场在太阳电池中的分布，形成光学微区效应增加光的吸收。
所述的中间连接层的空穴传输层为氧化钼、氧化钨、氧化镍或者五氧化二钒。
所述的中间连接层的中间金属电极层的材料为银、金、铜或者铝。
所述中间连接层的电子传输层的材料为氧化锌、氧化钛、(9,9-双(3’-(N,N-二甲基氨基)丙基)-2,7-芴)-2,7-(9,9-二辛基芴)交替共聚物或者被乙氧基化的聚乙烯亚胺。
所述的前亚电池包括从下而上排布的基底、透明导电电极层、电子传输层和光敏层，基底为玻璃、石英、聚酯薄膜，透明导电电极层为氧化铟锡，前亚电池的电子传输层为氧化锌、氧化钛、(9,9-双(3’-(N,N-二甲基氨基)丙基)-2,7-芴)-2,7-(9,9-二辛基芴)交替共聚物或者被乙氧基化的聚乙烯亚胺，该聚乙烯亚胺中的80％被乙氧基化，光敏层为宽带隙的电子给体和电子受体复合薄膜，其中电子给体的禁带宽度为1.5-2.2eV范围，电子给体为聚3-己基噻吩、苯并二茚噻吩-喹喔啉交替共聚物或者环芴双噻吩和苯并噻二唑交替共聚物，电子受体为富勒烯衍生物，富勒烯衍生物为[6,6]-苯基C61丁酸甲酯、[6,6]-苯基C71丁酸甲酯、双茚加成C60富勒烯或者双茚加成C70富勒烯。
所述的背亚电池包括从下而上排布的光敏层、空穴传输层和金属电极层，光敏层为窄带隙的电子给体和电子受体复合薄膜，其中电子给体的禁带宽度在1.1-2.0eV范围,电子给体为苯并双噻吩与噻吩并[3,4-b]噻吩交替共聚物或者环芴双噻吩和苯并噻二唑交替共聚物，电子受体为富勒烯衍生物，富勒烯衍生物为[6,6]-苯基C61丁酸甲酯、[6,6]-苯基C71丁酸甲酯、双茚加成C60富勒烯或者双茚加成C70富勒烯，背亚电池的空穴传输层为氧化钼、氧化镍、五氧化二钒或者氧化钨，背亚电池的金属电极层为银、铝、金或者铜。
本发明的有益效果是：
本发明设计的中间连接层，一方面可以有效收集来自亚电池的电荷并有效复合，另一方面可以调整光场在器件中的分布，从而平衡两个亚电池的短路电流，同时形成较强的光学微区效应，使器件对光的利用率提高。
附图说明
图1是本发明的有机串联叠层太阳电池器件结构示意图。
图2是本发明实施例1的有机串联叠层太阳电池器的中间连接层各层X射线光电子能谱。
图3是本发明实施例2的串联叠层太阳电池中间连接层的光学性质。
图4是本发明实施例7和18中的串联叠层太阳电池器件I-V曲线图。
图5是本发明实施例7的串联叠层太阳电池器件外量子效率谱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的中间连接层包括从下而上排布的空穴传输层和电子传输层，其特征在于：空穴传输层和电子传输层之间包含有一层功函数介于空穴传输层和电子传输层之间的中间金属电极层，中间金属电极层的厚度为2-20nm，该中间连接层形成台阶式能级结构，通过中间金属电极层促进中间连接层中的空穴传输层和电子传输层收集后的电子和空穴的复合，并通过该中间金属电极层改变光场在太阳电池中的分布，形成光学微区效应增加光的吸收。
具体地来讲，本发明通过空穴传输层促进其连接的亚电池中的空穴收集，通过电子传输层促进亚电池中的电子收集，并通过中间金属电极层促进空穴传输层和电子传输层收集后的电子和空穴的复合。
优选的中间连接层的空穴传输层为氧化钼、氧化钨、氧化镍或者五氧化二钒。
优选的中间连接层的中间金属电极层的材料为银、金、铜或者铝。
优选的中间连接层的电子传输层为氧化锌、氧化钛、醇溶性的胺基取代的聚芴衍生物或者被乙氧基化的聚乙烯亚胺，醇溶性的胺基取代的聚芴衍生物为(9,9-双(3’-(N,N-二甲基氨基)丙基)-2,7-芴)-2,7-(9,9-二辛基芴)交替共聚物(poly[(9,9-bis(3′-(N,N-dimethylamino)propyl)-2,7-fluorene)-alt-2,7-(9,9–dioctylfluorene)]，英文简称为PFN)，被乙氧基化的聚乙烯亚胺中的80％被乙氧基化(polyethyleni mine 80％ethoxylated，英文简称PEIE)。
本发明的高效有机串联叠层太阳电池，包括从下而上排布的前亚电池、中间连接层和背亚电池，前亚电池包括从下而上排布的基底、透明导电电极层、电子传输层和光敏层，中间连接层包括从下而上排布的空穴传输层和电子传输层，背亚电池包括从下而上排布的光敏层、空穴传输层和金属电极层。
中间连接层中的空穴传输层和电子传输层之间包含有一层功函数介于空穴传输层和电子传输层之间的中间金属电极层，该中间金属电极层的厚度为2-20nm，中间连接层形成台阶式能级结构，通过中间金属电极层促进中间连接层中的空穴传输层和电子传输层收集后的电子和空穴的复合，并通过该中间金属电极层改变光场在太阳电池中的分布，形成光学微区效应增加光的吸收。
优选的中间连接层的空穴传输层的材料为氧化钼、氧化钨、氧化镍或者五氧化二钒。
优选的中间连接层的中间金属电极层的材料为银、金、铜或者铝。
优选的中间连接层的电子传输层的材料为氧化锌、氧化钛、PFN或者PEIE。
前亚电池包括从下而上排布的基底、透明导电电极层、电子传输层和光敏层，优选的基底为玻璃、石英、聚酯薄膜，透明导电电极层为氧化铟锡(ITO)，优选的前亚电池的电子传输层的材料为氧化锌、氧化钛、PFN或者PEIE。优选的光敏层为宽带隙的电子给体和电子受体复合薄膜，其中电子给体的禁带宽度为1.5-2.2eV范围，优选的电子给体为电子给体为聚3-己基噻吩(P3HT)、苯并二茚噻吩-喹喔啉交替共聚物(PIDT-PhanQ)或者环芴双噻吩和苯并噻二唑交替共聚物(PCPDTBT)，优选的电子受体为富勒烯衍生物，富勒烯衍生物为[6,6]-苯基C61丁酸甲酯(PC61BM)、[6,6]-苯基C71丁酸甲酯(PC71BM)、双茚加成C60富勒烯(IC60BA)或者双茚加成C70(IC70BA)富勒烯。
背亚电池包括从下而上排布的光敏层、空穴传输层和金属电极层，优选的光敏层为窄带隙的电子给体和电子受体复合薄膜，其中优选的电子给体的禁带宽度在1.1-2.0eV范围,优选的电子给体为苯并双噻吩与噻吩并[3,4-b]噻吩交替共聚物(PTB-7)或者PCPDTBT，优选的电子受体为富勒烯衍生物，富勒烯衍生物为PC61BM、PC71BM、IC60BA或者(IC70BA)，优选的背亚电池的空穴传输层为氧化钼、氧化镍、五氧化二钒或者氧化钨，优选的背亚电池的金属电极层为银、铝、金或者铜。
本发明的中间连接层，应用到了串联叠层电池中。该结构包含一层用于收集空穴的高功函数空穴传输层和一层用于收集电子的低功函数电子传输层，同时两层之间引入了一层功函数介于两者之间的金属电极层。
本发明中间连接层的功函数可以有效收集来自两个亚电池的电荷，同时形成了台阶式能级结构，加上中间金属电极较高的电导率，因此可以有效促进电荷的复合。低功函数的电子传输层和高功函数空穴传输层可以有效收集来自于亚电池的电子和空穴，同时由于台阶式能级结构的形成以及中间金属电极层的高电导性，因而可以实现来自光敏层的电子与来自光敏层的空穴的有效复合。
另外，由于中间金属电极较强的反射性，可以有效改变光场在器件中的分布，从而增加器件对光的吸收利用率，达到平衡并提高亚电池的短路电流密度的目的。中间金属电极层可以用于调控光场在器件中的分布，从而实现前亚电池和背亚电池短路电流密度的平衡。
本发明的实施例如下：
实施例1：
在ITO玻璃基底上沉积10nm氧化钼和12nm银。随后旋涂10nm的PFN薄膜。该结构具有较好的电学特性，方块电阻8Ω/□，功函数见图2。
图2中，A表示ITO基底，B表示ITO基底沉积10nm氧化钼，C表示ITO基底沉积10nm氧化钼和14nm银，D表示ITO基底沉积10nm氧化钼、14nm银和10nm PFN，E表示ITO基底沉积10nm氧化钼和10nm PFN，F表示ITO基底沉积10nm PFN薄膜。由此看出该中间连接层两侧具有不同的功函数，可以和前亚电池、背亚电池分别形成良好的空穴、电子欧姆接触，从而形成良好的连接作用。同时中间连接层氧化钼/银/PFN之间形成台阶式能级结构，有利于电子和空穴的复合。
实施例2：
在玻璃基底上沉积10nm氧化钼、12nm银和10nm PFN薄膜，该结构具有反射性，其光学性质如图3所示，A表示透过率曲线，B表示反射率曲线，由此看出该中间连接层具有较强的反射性，同时由于中间连接层本征吸收造成的光损失很弱。这说明了该中间层具有调制光场在器件中分布的可能性，同时该中间连接层可以作为有效的连接层用到器件中。
实施例3：
将覆盖有ITO的玻璃基底依次用洗涤剂、异丙醇、乙醇、丙酮超声洗涤15分钟，经紫外-臭氧处理后，采用溶液旋涂的方法制备厚度为20-40nm的氧化锌电子传输层，然后在上面旋涂60nm左右的苯并二茚噻吩-喹喔啉交替共聚物(PIDT-PhanQ)：PC71BM光敏层，并在120℃的热台上退火5分钟，形成前亚电池。
沉积10nm左右氧化钼和4nm银，随后旋涂10nm左右的PFN薄膜形成中间连接层。
最后旋涂80nm的PTB-7：PC71BM薄膜光敏层，沉积10nm氧化钼空穴传输层和100nm银电极，形成背亚电池。得到如图1所示的有机串联叠层太阳电池，其光电转换效率为8.6％。
实施例4：
将覆盖有ITO的玻璃基底依次用洗涤剂、异丙醇、乙醇、丙酮超声洗涤15分钟，经紫外-臭氧处理后，采用溶液旋涂的方法制备厚度为20-40nm的氧化锌电子传输层，然后在上面旋涂60nm左右的PIDT-PhanQ：PC71BM光敏层，并在120℃的热台上退火5分钟，形成前亚电池。
沉积10nm左右氧化钼和6nm银，随后旋涂10nm左右的PFN薄膜形成中间连接层。
最后旋涂80nm的PTB-7：PC71BM薄膜光敏层，沉积10nm氧化钼空穴传输层和100nm银电极，形成背亚电池。得到如图1所示的有机串联叠层太阳电池，其光电转换效率为9.2％。
实施例5：
将覆盖有ITO的玻璃基底依次用洗涤剂、异丙醇、乙醇、丙酮超声洗涤15分钟，经紫外-臭氧处理后，采用溶液旋涂的方法制备厚度为20-40nm的氧化锌电子传输层，然后在上面旋涂60nm左右的苯并二茚噻吩-喹喔啉交替共聚物(PIDT-PhanQ)：PC71BM光敏层，并在120℃的热台上退火5分钟，形成前亚电池。
沉积10nm左右氧化钼和8nm银，随后旋涂10nm左右的PFN薄膜形成中间连接层。
最后旋涂80nm的PTB-7：PC71BM薄膜光敏层，沉积10nm氧化钼空穴传输层和100nm银电极，形成背亚电池。得到如图1所示的有机串联叠层太阳电池，其光电转换效率为9.8％。
实施例6：
将覆盖有ITO的玻璃基底依次用洗涤剂、异丙醇、乙醇、丙酮超声洗涤15分钟，经紫外-臭氧处理后，采用溶液旋涂的方法制备厚度为20-40nm的氧化锌电子传输层，然后在上面旋涂60nm左右的苯并二茚噻吩-喹喔啉交替共聚物(PIDT-PhanQ)：PC71BM光敏层，并在120℃的热台上退火5分钟，形成前亚电池。
沉积10nm左右氧化钼和10nm银，随后旋涂10nm左右的PFN薄膜形成中间连接层。
最后旋涂80nm的PTB-7：PC71BM薄膜光敏层，沉积10nm氧化钼空穴传输层和100nm银电极，形成背亚电池。得到如图1所示的有机串联叠层太阳电池，其光电转换效率为10.4％。
实施例7：
将覆盖有ITO的玻璃基底依次用洗涤剂、异丙醇、乙醇、丙酮超声洗涤15分钟，经紫外-臭氧处理后，采用溶液旋涂的方法制备厚度为20-40nm的氧化锌电子传输层，然后在上面旋涂60nm左右的苯并二茚噻吩-喹喔啉交替共聚物(PIDT-PhanQ)：PC71BM光敏层，并在120℃的热台上退火5分钟，形成前亚电池。
沉积10nm左右氧化钼和12nm银，随后旋涂10nm左右的PFN薄膜形成中间连接层。
最后旋涂80nm的PTB-7：PC71BM薄膜光敏层，沉积10nm氧化钼空穴传输层和100nm银电极，形成背亚电池。得到如图1所示的有机串联叠层太阳电池，其光电转换效率为11.0％。其I-V曲线如图4中的A曲线所示，外量子效率谱如图5所示。
通过图4可以看出该电池表现出了良好的I-V特性曲线，其中开路电压为前亚电池和背亚电池开路电压的叠加，说明了该中间连接层具有良好的电学接触特性。同时，短路电流密度高达9.9毫安每平方厘米，说明了本发明中的串联叠层器件结构具有良好的光利用率。
图5中，A表示实施例7中前亚电池和背亚电池外量子效率谱的加和，即串联叠层太阳电池器件实际的外量子效率谱，B表示实施例7中的前亚电池的外量子效率谱，C表示实施例7中的背亚电池的外量子效率谱，D表示实施例7中的测得串联叠层太阳电池器件外量子效率谱。通过图5可以看出前亚电池主要利用了300到600nm的光波，而背电池主要吸收利用了600到800nm的光波，吸收互补。曲线A中，外量子效率峰值可达90％以上，说明该发明中的串联叠层器件结构具有良好的光利用率。
实施例8：
将覆盖有ITO的玻璃基底依次用洗涤剂、异丙醇、乙醇、丙酮超声洗涤15分钟，经紫外-臭氧处理后，采用溶液旋涂的方法制备厚度为20-40nm的氧化锌电子传输层，然后在上面旋涂60nm左右的苯并二茚噻吩-喹喔啉交替共聚物(PIDT-PhanQ)：PC71BM光敏层，并在120℃的热台上退火5分钟，形成前亚电池。
沉积10nm左右氧化钼和14nm银，随后旋涂10nm左右的PFN薄膜形成中间连接层。
最后旋涂80nm的PTB-7：PC71BM薄膜光敏层，沉积10nm氧化钼空穴传输层和100nm银电极，形成背亚电池。得到如图1所示的有机串联叠层太阳电池，其光电转换效率为10.6％。
实施例9：
将覆盖有ITO的玻璃基底依次用洗涤剂、异丙醇、乙醇、丙酮超声洗涤15分钟，经紫外-臭氧处理后，采用溶液旋涂的方法制备厚度为20-40nm的氧化锌电子传输层，然后在上面旋涂60nm左右的苯并二茚噻吩-喹喔啉交替共聚物(PIDT-PhanQ)：PC71BM光敏层，并在120℃的热台上退火5分钟，形成前亚电池。
沉积10nm左右氧化钼和16nm银，随后旋涂10nm左右的PFN薄膜形成中间连接层。
最后旋涂80nm的PTB-7：PC71BM薄膜光敏层，沉积10nm氧化钼空穴传输层和100nm银电极，形成背亚电池。得到如图1所示的有机串联叠层太阳电池，其光电转换效率为10.1％。
实施例10：
将覆盖有ITO的玻璃基底依次用洗涤剂、异丙醇、乙醇、丙酮超声洗涤15分钟，经紫外-臭氧处理后，采用溶液旋涂的方法制备厚度为20-40nm的氧化锌电子传输层，然后在上面旋涂60nm左右的苯并二茚噻吩-喹喔啉交替共聚物(PIDT-PhanQ)：PC71BM光敏层，并在120℃的热台上退火5分钟，形成前亚电池。
沉积10nm左右氧化钼和18nm银，随后旋涂10nm左右的PFN薄膜形成中间连接层。
最后旋涂80nm的PTB-7：PC71BM薄膜光敏层，沉积10nm氧化钼空穴传输层和100nm银电极，形成背亚电池。得到如图1所示的有机串联叠层太阳电池，其光电转换效率为9.2％。
实施例11：
将覆盖有ITO的玻璃基底依次用洗涤剂、异丙醇、乙醇、丙酮超声洗涤15分钟，经紫外-臭氧处理后，采用溶液旋涂的方法制备厚度为20-40nm的氧化锌电子传输层，然后在上面旋涂60nm左右的苯并二茚噻吩-喹喔啉交替共聚物(PIDT-PhanQ)：PC71BM光敏层，并在120℃的热台上退火5分钟，形成前亚电池。
沉积10nm左右氧化钼和20nm银，随后旋涂10nm左右的PFN薄膜形成中间连接层。
最后旋涂80nm的PTB-7：PC71BM薄膜光敏层，沉积10nm氧化钼空穴传输层和100nm银电极，形成背亚电池。得到如图1所示的有机串联叠层太阳电池，其光电转换效率为8.4％。
实施例12：
将覆盖有氧化铟锡的玻璃基底依次用洗涤剂、异丙醇、乙醇、丙酮超声洗涤15分钟，经紫外-臭氧处理后，采用溶液旋涂的方法制备厚度为20-40nm的氧化锌电子传输层1。在该衬底上面旋涂100nm左右的P3HT：IC60BA光敏层，并在120℃的热台上退火5分钟，形成前亚电池。
沉积10nm左右氧化钼和12nm银。随后旋涂10nm左右的PFN薄膜形成中间连接层。
最后旋涂80nm的PTB-7：PC71BM薄膜光敏层，沉积10nm氧化钼空穴传输层和100nm银电极，形成背亚电池。得到如图1所示的有机串联叠层太阳电池，其光电转换效率为9.1％。
实施例14：
将覆盖有氧化铟锡的玻璃基底依次用洗涤剂、异丙醇、乙醇、丙酮超声洗涤15分钟，经紫外-臭氧处理后，采用溶液旋涂的方法制备厚度为20-40nm的氧化锌电子传输层1。在该衬底上面旋涂60nm左右的PIDT-PhanQ：PC71BM光敏层-1，并在120℃的热台上退火5分钟，形成前亚电池。
沉积10nm左右氧化钼和12nm金。随后旋涂10nm左右的PFN薄膜形成中间连接层。
最后旋涂80nm的PTB-7：PC71BM薄膜光敏层，沉积10nm氧化钼空穴传输层和100nm银电极，形成背亚电池。得到如图1所示的有机串联叠层太阳电池，其光电转换效率为10.6％。
实施例15：
将覆盖有氧化铟锡的玻璃基底依次用洗涤剂、异丙醇、乙醇、丙酮超声洗涤15分钟，经紫外-臭氧处理后，采用溶液旋涂的方法制备厚度为20-40nm的氧化锌电子传输层1。在该衬底上面旋涂60nm左右的PIDT-PhanQ：PC71BM光敏层-1，并在120℃的热台上退火5分钟，形成前亚电池。
沉积10nm左右氧化钼和12nm铜。随后旋涂10nm左右的PFN薄膜形成中间连接层。
最后旋涂80nm的PTB-7：PC71BM薄膜光敏层，沉积10nm氧化钼空穴传输层和100nm银电极，形成背亚电池。得到如图1所示的有机串联叠层太阳电池，其光电转换效率为10.1％。
实施例16：
将覆盖有氧化铟锡的玻璃基底依次用洗涤剂、异丙醇、乙醇、丙酮超声洗涤15分钟，经紫外-臭氧处理后，采用溶液旋涂的方法制备厚度为20-40nm的氧化锌电子传输层1。在该衬底上面旋涂60nm左右的PIDT-PhanQ：PC71BM光敏层-1，并在120℃的热台上退火5分钟，形成前亚电池。
沉积10nm左右氧化钼和6nm铝。随后旋涂10nm左右的PFN薄膜形成中间连接层。
最后旋涂80nm的PTB-7：PC71BM薄膜光敏层，沉积10nm氧化钼空穴传输层和100nm银电极，形成背亚电池。得到如图1所示的有机串联叠层太阳电池，其光电转换效率为9.6％。
实施例17：
将覆盖有氧化铟锡的玻璃基底依次用洗涤剂、异丙醇、乙醇、丙酮超声洗涤15分钟，经紫外-臭氧处理后，采用溶液旋涂的方法制备厚度为20-40nm的氧化锌电子传输层1。在该衬底上面旋涂60nm左右的PIDT-PhanQ：PC71BM光敏层-1，并在120℃的热台上退火5分钟，形成前亚电池。
沉积10nm左右氧化钼和12nm银。随后旋涂10nm PEIE，形成连接层。
最后旋涂80nm的PTB-7：PC71BM薄膜光敏层，沉积10nm氧化钼空穴传输层和100nm银电极，形成背亚电池。得到如图1所示的有机串联叠层太阳电池，其光电转换效率为10.3％。
实施例18：
将覆盖有氧化铟锡的玻璃基底依次用洗涤剂、异丙醇、乙醇、丙酮超声洗涤15分钟，经紫外-臭氧处理后，采用溶液旋涂的方法制备厚度为20-40nm的氧化锌电子传输层1。在该衬底上面旋涂100nm左右的聚3-己基噻吩：双茚加成C60富勒烯光敏层，并在120℃的热台上退火5分钟，形成前亚电池。
沉积10nm左右氧化钼。随后旋涂10nm的PFN薄膜形成中间连接层。
最后旋涂80nm的PTB-7：PC71BM薄膜光敏层，沉积10nm氧化钼空穴传输层和100nm银电极，形成背亚电池。得到如图1所示的有机串联叠层太阳电池，其光电转换效率为3.7％。其中间连接层不含有任何金属得到的I-V曲线如图4的D曲线所示。
由以上实施例数据可得，本发明的有机串联叠层太阳电池，其光电转换效率可高达10.98％。该发明中的有机串联叠层太阳电池的中间连接层不仅可以与前亚电池和背亚电池形成电荷选择性收集，同时中间连接层中的中间金属电极层功函数介于中间连接层的电子传输层和空穴传输层之间，可以将来自前亚电池和背亚电池的电荷复合(实施例7和实施例18)。另一方面，该发明的有机串联叠层太阳电池的中间连接层可以有效调整太阳光在器件中的分布同时增加对光的吸收。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种有机串联叠层电池的中间连接层，中间连接层包括从下而上排布的空穴传输层和电子传输层，其特征在于：空穴传输层和电子传输层之间还包含有一层功函数介于空穴传输层和电子传输层之间的中间金属电极层，中间金属电极层的厚度为6-20nm，所述的中间金属电极层为银、金、铜或者铝；所述中间连接层形成台阶式能级结构，通过中间金属电极层的反射性促进空穴传输层和电子传输层收集后的电子和空穴的复合，并通过该中间金属电极层的反射性改变光场在太阳电池中的分布，实现前亚电池和背亚电池短路电流密度的平衡，形成光学微区效应增加光的吸收，并提高亚电池的短路电流密度。
2.根据权利要求1所述的有机串联叠层电池的中间连接层，其特征在于：所述的空穴传输层为氧化钼、氧化钨、氧化镍或者五氧化二钒。
3.根据权利要求1所述的有机串联叠层电池的中间连接层，其特征在于：所述的电子传输层为氧化锌、氧化钛、(9,9-双(3’-(N,N-二甲基氨基)丙基)-2,7-芴)-2,7-(9,9-二辛基芴）交替共聚物或者被乙氧基化的聚乙烯亚胺。
4.由权利要求1所述中间连接层构成的一种高效太阳电池，串联叠层太阳电池器件包括从下而上排布的前亚电池、中间连接层和背亚电池，中间连接层包括从下而上排布的空穴传输层和电子传输层，其特征在于：中间连接层中的空穴传输层和电子传输层之间包含有一层功函数介于空穴传输层和电子传输层之间的中间金属电极层，该中间金属电极层的厚度为6-20nm，中间连接层形成台阶式能级结构，通过中间金属电极层的反射性促进中间连接层中的空穴传输层和电子传输层收集后的电子和空穴的复合，并通过该中间金属电极层的反射性改变光场在太阳电池中的分布，实现前亚电池和背亚电池短路电流密度的平衡，形成光学微区效应增加光的吸收，并提高亚电池的短路电流密度。
5.根据权利要求4所述的一种高效太阳电池，其特征在于：所述的中间连接层的空穴传输层为氧化钼、氧化钨、氧化镍或者五氧化二钒。
6.根据权利要求4所述的一种高效太阳电池，其特征在于：所述的中间连接层的中间金属电极层的材料为银、金、铜或者铝。
7.根据权利要求4所述的一种高效太阳电池，其特征在于：所述中间连接层的电子传输层的材料为氧化锌、氧化钛、(9,9-双(3’-(N,N-二甲基氨基)丙基)-2,7-芴)-2,7-(9,9-二辛基芴）交替共聚物或者被乙氧基化的聚乙烯亚胺。
8.根据权利要求4所述的一种高效太阳电池，其特征在于：
所述的前亚电池包括从下而上排布的基底、透明导电电极层、电子传输层和光敏层，基底为玻璃、石英、聚酯薄膜，透明导电电极层为氧化铟锡，前亚电池的电子传输层为氧化锌、氧化钛、(9,9-双(3’-(N,N-二甲基氨基)丙基)-2,7-芴)-2,7-(9,9-二辛基芴）交替共聚物或者被乙氧基化的聚乙烯亚胺，该聚乙烯亚胺中的80%被乙氧基化，光敏层为宽带隙的电子给体和电子受体复合薄膜，其中电子给体的禁带宽度为1.5-2.2 eV 范围，电子给体为聚3-己基噻吩、苯并二茚噻吩-喹喔啉交替共聚物或者环芴双噻吩和苯并噻二唑交替共聚物，电子受体为富勒烯衍生物，富勒烯衍生物为[6,6]-苯基 C61丁酸甲酯、[6,6]-苯基 C71丁酸甲酯、双茚加成C60富勒烯或者双茚加成C70富勒烯。
9.根据权利要求4所述的一种高效太阳电池，其特征在于：所述的背亚电池包括从下而上排布的光敏层、空穴传输层和金属电极层，光敏层为窄带隙的电子给体和电子受体复合薄膜，其中电子给体的禁带宽度在1.1-2.0 eV范围,电子给体为苯并双噻吩与噻吩并[3,4-b]噻吩交替共聚物或者环芴双噻吩和苯并噻二唑交替共聚物，电子受体为富勒烯衍生物，富勒烯衍生物为[6,6]-苯基 C61丁酸甲酯 、[6,6]-苯基 C71丁酸甲酯、双茚加成C60富勒烯或者双茚加成C70富勒烯，背亚电池的空穴传输层为氧化钼、氧化镍、五氧化二钒或者氧化钨，背亚电池的金属电极层为银、铝、金或者铜。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019072163A1 (en) * 2017-10-10 2019-04-18 The Hong Kong University Of Science And Technology MATERIALS AND METHODS FOR TANDEM ORGANIC SOLAR CELLS
CN108649126B (zh) * 2018-06-25 2019-12-27 电子科技大学 一种低暗电流结构的有机紫外探测器件
CN109950402A (zh) * 2019-03-26 2019-06-28 华南师范大学 叠层有机薄膜太阳能电池及其制备方法
CN111029469B (zh) * 2019-12-24 2023-02-07 苏州大学 一种对称叠层有机太阳能电池
CN111740018B (zh) * 2020-07-07 2022-08-09 吉林大学 一种级联结构有机光电探测器及其制备方法
WO2023210155A1 (ja) * 2022-04-27 2023-11-02 Fdk株式会社 電池

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011082396A (ja) * 2009-10-08 2011-04-21 Panasonic Electric Works Co Ltd タンデム型有機太陽電池
CN102150293A (zh) * 2008-09-30 2011-08-10 吉坤日矿日石能源株式会社 叠层型太阳能电池
CN103069604A (zh) * 2010-06-07 2013-04-24 多伦多大学董事局 具有被分级复合层隔开的多结的光伏装置
CN103824940A (zh) * 2012-11-19 2014-05-28 海洋王照明科技股份有限公司 太阳能电池器件及其制备方法
WO2014144028A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 The Regents Of The University Of California Organic tandem photovoltaic devices and methods

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070181179A1 (en) * 2005-12-21 2007-08-09 Konarka Technologies, Inc. Tandem photovoltaic cells

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102150293A (zh) * 2008-09-30 2011-08-10 吉坤日矿日石能源株式会社 叠层型太阳能电池
JP2011082396A (ja) * 2009-10-08 2011-04-21 Panasonic Electric Works Co Ltd タンデム型有機太陽電池
CN103069604A (zh) * 2010-06-07 2013-04-24 多伦多大学董事局 具有被分级复合层隔开的多结的光伏装置
CN103824940A (zh) * 2012-11-19 2014-05-28 海洋王照明科技股份有限公司 太阳能电池器件及其制备方法
WO2014144028A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 The Regents Of The University Of California Organic tandem photovoltaic devices and methods

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Efficient tandem polymer photovoltaic cells using inorganic metal oxides as a transparent middle connection unit》;Xiaoyang Guo, et al.;《Organic Electronics》;20100510;第11卷(第7期);1230-1233 *

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