CN107123738B

CN107123738B - 一种超高开路电压有机光伏电池

Info

Publication number: CN107123738B
Application number: CN201710302108.XA
Authority: CN
Inventors: 陈胜红
Original assignee: Zhejiang Rgb Textile Printing & Dyeing Co ltd
Current assignee: ZHEJIANG R.G.B TEXTILE PRINTING & DYEING Co.,Ltd.
Priority date: 2017-05-02
Filing date: 2017-05-02
Publication date: 2020-10-30
Anticipated expiration: 2037-05-02
Also published as: CN107123738A

Abstract

一种超高开路电压有机光伏电池，包括导电基底、第一子电池、第一连接层、第二子电池、第二连接层、第三子电池、反射电极所组成，所述超高开路电压有机光伏电池的开路电压可以达到3 V以上，可以直接驱动小型电子设备。

Description

一种超高开路电压有机光伏电池

技术领域

本发明涉及光伏电池技术领域，特别是一种超高开路电压的有机光伏电池。

背景技术

能源危机和环境污染是当今人类社会发展面临的两大突出问题。一方面，随着化石能源的不断消耗，造成化石能源面临枯竭；另一方面，由于燃烧产生大量的二氧化碳和其他有害物质造成的全球气候变暖、温室效应和厄尔尼诺现象日益突出，空气质量严重下降，生态环境遭到了严重破坏。解决上述问题的有效途径之一是开发和利用可再生能源。太阳能、风能、生物质能、潮汐能等都是廉价、清洁和环境友好的可再生能源。其中太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，具有不受地域条件限制和利用方式灵活的优点，是未来全球能源系统中最有前景的替代新能源。对太阳能的利用主要包括光电转换、光热转换和光化学能转换3种形式。光电转换是通过太阳能电池实现的。以太阳能电池为核心的光伏产业直接将太阳能转化成电能，是目前人类可以利用的最清洁的能源之一，是公认的“绿色能源”。有机太阳能电池器件，具有成本低、质量轻、制造工艺简单、柔韧性良好并可采用直接打印的方法制备等优点，因而成为近些年新材料和新能源领域最富活力和生机的研究前沿之一。然而，目前有机太阳能电池的光电转化效率相对较低，极大的限制了其发展和应用。因此各种提高有机太阳能电池光电转化效率成为国内外研究者研究的焦点。有机太阳能电池的能量转换效率与其短路电流、开路电压与填充因子的乘积成正比，如何提高有机太阳能电池的开路电压一直是研究人员所关心的问题。传统有机光伏电池的开路电压在1V以下。开路电压大于3 V的超高开路电压的有机光伏电池，可以直接驱动小型电子设备，特别是在智能穿戴等领域具有重要的应用场景。因此，开发超高开路电压光伏电池具有重要意义。

发明内容

针对背景中的问题，本发明的目的在于提供一种超高开路电压有机光伏电池。为了实现此目的，本发明采用的技术方案为：

一种超高开路电压有机光伏电池，包括导电基底、第一子电池、第一连接层、第二子电池、第二连接层、第三子电池、反射电极所组成，其特征在于所述的第一子电池、第二子电池、第三子电池均为有机平面异质结电池。

进一步的，各子电池包括阳极修饰层、给体层、受体层、阴极修饰层所构成。

所述的阳极修饰层为金属氧化物薄膜MoO₃，厚度2～20 nm。

进一步的，所述的受体层为金属酞菁化合物SubPc，厚度13～30 nm。

进一步的，所述的给体层材料的HOMO能级与其SubPc受体层的HOMO能级差在0.1～0.2 eV。

进一步的，所述的导电基底为ITO玻璃基底。

进一步的，所述的第一连接层、第二连接层为Ag纳米颗粒或者Au纳米颗粒，厚度在0.5～1 nm。

进一步的，所述的第一子电池、第二子电池、第三子电池层的给体层为DBP、rubrene、TAPC、NPB、Tetracene中的一种,厚度在2～10 nm。

进一步的，所述的第三子电池受体层厚度大于第二子电池受体层厚度，第二子电池受体层厚度大于第一子电池受体层厚度。

进一步的，所述的第一子电池、第二子电池、第三子电池层的阴极修饰层材料为Alq3、BCP、Bphen、BAlq、TAZ或TPBi ，厚度为2～10 nm。

进一步的，所述的反射电极为Ag、Al或Cu，反射阴极厚度为100～1000 nm。

本发明采用三层串联叠层结构，采用SubPc作为单结子电池的受体，而不是传统的富勒烯材料作为受体。SubPc与DBP、rubrene、TAPc、NPB、Tetracene等给体形成的PN结的给体HOMO与受体LUMO的能级差可以达到1.5eV以上，所制备的单结子电池的开路电压可以达到1.2V以上,叠层器件的开路电压为三个单结子电池的开路电压之和。在AM1.5标准太阳光照射下，电池的开路电压大于3 V。

附图说明

图1为本发明的超高开路电压有机光伏电池的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，一种超高开路电压有机光伏电池，包括导电基底、第一子电池、第一连接层、第二子电池、第二连接层、第三子电池、反射电极所组成，其特征在于所述的第一子电池、第二子电池、第三子电池均为有机平面异质结电池。

所述的阳极修饰层为金属氧化物薄膜阳极修饰层MoO3，厚度2～20 nm。

进一步的，第三子电池受体层厚度大于第二子电池受体层厚度，第二子电池受体层厚度大于第一子电池受体层厚度。

进一步的，所述的导电基底为ITO玻璃基底。

下面结合具体的实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一

一种超高开路电压有机光伏电池，包括导电基底、第一子电池、第一连接层、第二子电池、第二连接层、第三子电池、反射电极所组成。其中,

导电基底为ITO透明导电玻璃基底；

第一子电池结构为MoO3 2 nm/DBP 5 nm/SubPc 13 nm/Bphen 2 nm;

第二子电池结构为MoO3 5 nm/ NPB 2 nm/SubPc 20 nm/BCP 2 nm;

第三子电池结构为MoO3 10 nm/ TAPC 10 nm/SubPc 25 nm/TPBi 5 nm;

第一连接层为0.5 nm的Ag纳米颗粒；

第二连接层为0.5 nm的Ag纳米颗粒；

反射电极为100 nm的 Ag。

本实施例的超高开路电压有机光伏电池的开路电压达到了3.36V。

实施例二

一种超高开路电压有机光伏电池，其电池结构示意图如图1所述，包括导电基底、第一子电池、第一连接层、第二子电池、第二连接层、第三子电池、反射电极所组成。其中，导电基底为ITO透明导电玻璃基底；

第一子电池结构为MoO3 6 nm/rubrene 5 nm/SubPc 20 nm/Bphen 2 nm;

第二子电池结构为MoO3 10 nm/ NPB 2 nm/SubPc 22 nm/BCP 2 nm;

第三子电池结构为MoO3 20 nm/ TAPC 10 nm/SubPc 25 nm/TPBi 5 nm;

第一连接层为0.5 nm的Ag纳米颗粒；

第二连接层为1 nm的Au纳米颗粒；

反射电极为200 nm的 Al。

实施例三

器件结构为Glass/ITO/MoO3 6 nm/rubrene 5 nm/SubPc 10 nm/Bphen 2 nm/Ag0.5 nm/MoO3 10 nm/ NPB 2 nm/SubPc 15 nm/BCP 2 nm/ Ag 0.6 nm/MoO3 20 nm/ TAPC10 nm/SubPc 25 nm/TPBi 5 nm/Au 200 nm。

实施例四

器件结构为Glass/ITO/MoO3 6 nm/rubrene 5 nm/SubPc 12 nm/Bphen 2 nm/Ag0.5 nm/MoO3 10 nm/ NPB 5 nm/SubPc 18 nm/ BAlq 2 nm/ Ag 0.5 nm/MoO3 20 nm/TAPC 10 nm/SubPc 25 nm/ Alq3 5 nm/Au 200 nm。

实施例五

器件结构为Glass/ITO/MoO3 5 nm/Tetracene 5 nm/SubPc 10 nm/Bphen 2 nm/Ag 0.5 nm/MoO3 10 nm/ NPB 2 nm/SubPc 22 nm/BCP 2 nm/ Au 0.8 nm/MoO₃ 20 nm/TAPC 10 nm/SubPc 30 nm/TPBi 5 nm/Au 200 nm。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种超高开路电压有机光伏电池，包括导电基底、第一子电池、第一连接层、第二子电池、第二连接层、第三子电池、反射电极所组成，其特征在于所述的第一子电池、第二子电池、第三子电池均为有机平面异质结电池；各子电池包括阳极修饰层、给体层、受体层、阴极修饰层所构成；所述的阳极修饰层为金属氧化物薄膜MoO3，厚度2～20nm；所述的受体层为金属酞菁化合物SubPc；所述的给体层材料的HOMO能级与其SubPc受体层的HOMO能级差在0.1～0.2eV，所述的第一子电池、第二子电池、第三子电池层的给体层为DBP、rubrene、TAPC、NPB、Tetracene中的一种,厚度在2～10nm，所述的第一连接层、第二连接层为Ag纳米颗粒或者Au纳米颗粒，厚度在0.5～1nm，所述第一子电池、第二子电池、第三子电池层的受体SubPc的厚度分别为10～12nm,15～22nm和25～30nm。

2.根据权利要求1所述的一种超高开路电压有机光伏电池，其特征在于所述的导电基底为ITO玻璃基底。

3.根据权利要求1所述的一种超高开路电压有机光伏电池，其特征在于所述的第一子电池、第二子电池、第三子电池层的阴极修饰层材料为Alq3、BCP、BPhen、Liq、BAlq、TAZ、TPBi或LiF，厚度为1～10nm。

4.根据权利要求1所述的一种所述的超高开路电压有机光伏电池，其特征在于所述的反射电极为Ag、Al或Cu，反射阴极厚度为100～1000nm。