CN107452897A - 有机薄膜太阳能电池制备方法和制备装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种有机薄膜太阳能电池的制备方法和制备装置，该制备方法包括：提供一基底，在该基底表面形成第一电极；提供一蒸发源，该蒸发源包括碳纳米管膜结构及光活性层源材料，该碳纳米管膜结构为一载体，该光活性层源材料设置在该碳纳米管膜结构表面，通过该碳纳米管膜结构承载，该光活性层源材料为该光活性层的材料或者用于形成该光活性层的前驱体，该前驱体在蒸镀的过程中反应生成该光活性层；将该蒸发源与基底具有第一电极的表面相对且间隔设置，并向该碳纳米管膜结构输入电磁波信号或电信号，使该光活性层源材料蒸发，在该第一电极上蒸镀形成光活性层；以及在该光活性层上形成第二电极。

Description

有机薄膜太阳能电池制备方法和制备装置
技术领域
本发明涉及一种有机薄膜太阳能电池制备方法和制备装置。
背景技术
有机薄膜太阳能电池具有低成本、轻量化、可弯曲、制程简易等优势，是未来太阳能电池研究发展方向之一。现有的有机薄膜太阳能电池主要有染料敏化太阳能电池、异质结太阳能电池和钙钛矿太阳能电池等。有机薄膜太阳能电池的活性层可以通过蒸镀、旋转涂覆及喷涂等多种方法制作，然而上述方法在制作大面积薄膜时均存在均匀性较差的问题。在上述方法中，蒸镀法是将蒸发源加热，使蒸镀材料气化，并在待镀基底表面沉积成膜的过程。为了形成均匀的薄膜，需要在待镀基底周围形成均匀的气态蒸镀材料。尤其当蒸发源为两种以上时，对每种蒸发源的蒸发速率更加难以控制，难以形成预定比例的混合蒸镀材料气体。镀膜尺寸越大，成膜的均匀性越难保证，并且，由于难以控制气态蒸镀材料原子的扩散运动方向，大部分蒸镀材料都不能附着在待镀基底表面，从而造成蒸镀率低且蒸镀速度慢等问题。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种能够解决上述问题的有机薄膜太阳能电池制备方法和制备装置。
一种有机薄膜太阳能电池的制备方法，包括：提供一基底，在该基底表面形成第一电极；提供一蒸发源，该蒸发源包括碳纳米管膜结构及光活性层源材料，该碳纳米管膜结构为一载体，该光活性层源材料设置在该碳纳米管膜结构表面，通过该碳纳米管膜结构承载，该光活性层源材料为该光活性层的材料或者用于形成该光活性层的前驱体，该前驱体在蒸镀的过程中反应生成该光活性层；将该蒸发源与基底具有第一电极的表面相对且间隔设置，并向该碳纳米管膜结构输入电磁波信号或电信号，使该光活性层源材料蒸发，在该第一电极上蒸镀形成光活性层；以及在该光活性层上形成第二电极。
一种有机薄膜太阳能电池的制备装置，包括一蒸发源及加热装置，以形成该有机薄膜太阳能电池的光吸收层，该蒸发源包括碳纳米管膜结构及光活性层源材料，该碳纳米管膜结构为一载体，该光活性层源材料设置在该碳纳米管膜结构表面，通过该碳纳米管膜结构承载，该加热装置能够向该碳纳米管膜结构输入电磁波信号或电信号，使该光活性层源材料蒸发从而形成光吸收层，该光活性层源材料为该光活性层的材料或者用于形成该光活性层的前驱体，该前驱体在蒸镀的过程中反应生成该光活性层。
相较于现有技术，本发明将自支撑的碳纳米管膜作为光活性层源材料的载体，利用该碳纳米管膜极大的比表面积及自身的均匀性，使承载在该碳纳米管膜上的光活性层源材料在蒸发前即实现较为均匀的大面积分布。在蒸发的过程中利用该自支撑碳纳米管膜在电磁波信号或电信号的作用下瞬时加热的特性，在极短的时间将光活性层源材料完全气化，从而形成均匀且大面积分布的气态光活性层源材料。该待镀表面与该碳纳米管膜间隔距离短，使承载在该碳纳米管膜上的光活性层源材料基本上均能得到利用，有效节约了光活性层源材料，提高了蒸镀速度及均匀性。
附图说明
图1为本发明实施例有机薄膜太阳能电池制备方法的流程图。
图2为本发明实施例有机薄膜太阳能电池制备装置的结构示意图。
图3为本发明实施例有机薄膜太阳能电池的结构示意图。
图4为本发明实施例从碳纳米管阵列中拉取获得的碳纳米管膜的扫描电镜照片。
图5为本发明一实施例碳纳米管膜结构的扫描电镜照片。
图6及图7为不同分辨率下本发明一实施例的蒸发源的扫描电镜照片。
图8为本发明另一实施例有机薄膜太阳能电池的结构示意图。
图9为本发明另一实施例有机薄膜太阳能电池制备装置的结构示意图。
图10为本发明一实施例蒸镀后的蒸发源的扫描电镜照片。
图11为本发明一实施例形成的光活性层的扫描电镜照片。
图12为本发明一实施例形成的光活性层的XRD图谱。
图13为本发明另一实施例有机薄膜太阳能电池制备装置的结构示意图。
主要元件符号说明
有机薄膜太阳能电池制备装置 100
蒸发源 110
碳纳米管膜结构 112
光活性层源材料 114
支撑体 120
真空室 130
电磁波信号输入装置 140
第一电信号输入电极 150
第二电信号输入电极 152
图案化栅网 160
有机薄膜太阳能电池 200
基底 210
第一电极 220
光活性层 230
第二电极 240
附加功能层 250, 252
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的有机薄膜太阳能电池制备方法和制备装置作进一步的详细说明。
请参阅图1至图3，本发明实施例提供一种有机薄膜太阳能电池200的制备方法，包括以下步骤：
S1，提供一基底210，在该基底210表面形成第一电极220；
S2，提供一蒸发源110，该蒸发源110包括碳纳米管膜结构112及光活性层源材料114，该碳纳米管膜结构112为一载体，该光活性层源材料114设置在该碳纳米管膜结构112表面，通过该碳纳米管膜结构112承载；
S3，将该蒸发源110与基底210具有第一电极210的表面相对且间隔设置，并向该碳纳米管膜结构112输入电磁波信号或电信号，使该光活性层源材料114蒸发，在该第一电极210上蒸镀形成光活性层230；以及
S4，在该光活性层230上形成第二电极240。
该基底210为绝缘的硬质基底或柔性基底，该第一电极220及第二电极240均为导电层。当该有机薄膜太阳能电池200的光入射面为该基底210一侧时，该基底210为透明基底，如玻璃基底、石英基底或透明的塑料或树脂基底，该第一电极220为透明导电层或多孔网状结构，如ITO层、FTO层或碳纳米管膜，该第二电极240为透明或不透明的导电层或多孔网状结构，如金属薄膜、金属网、ITO层、FTO层或碳纳米管膜。当该有机薄膜太阳能电池200的光入射面为该第二电极240一侧时，该基底210可以为不透明基底，如硅基底，该第二电极240为透明导电层或多孔网状结构，如ITO层、FTO层或碳纳米管膜，该第一电极220为透明或不透明的导电层或多孔网状结构，如金属薄膜、金属网、ITO层、FTO层或碳纳米管膜。该第一电极220及第二电极240均可通过现有的蒸镀、溅射、涂覆或铺设等方法制备。该光活性层源材料114为该光活性层230的材料或者用于形成该光活性层230的前驱体，该前驱体在蒸镀的过程中反应生成该光活性层230的材料。
该有机薄膜太阳能电池200可以为染料敏化太阳能电池、异质结太阳能电池或钙钛矿太阳能电池。该钙钛矿太阳能电池的光活性层230的材料为钙钛矿结构的有机金属半导体吸光材料。具体地，该有机金属半导体吸光材料选自化学通式为ABX3中的一种或多种材料，其中A为有机胺类离子，如CH3NH3 +、C2H5NH3 +及NH2CH=NH2 +中的一种或多种；B为二价的金属离子，如Cu2+、Ni2+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Cr2+、Pd2+、Cd2+、Ge2+、Sn2+、Pb2+、Eu2+之中的一种或多种；X为卤素离子Cl-、Br-、I-或拟卤素离子CN-、NCO-、NCS-、NCSe-之中的一种或多种。在本实施例中，该有机薄膜太阳能电池200为钙钛矿太阳能电池，该基底210为光入射面，为透明绝缘基底，该第一电极220为透明导电层，该第二电极240为金属层，该光活性层230的材料为CH3NH3PbI3，该光活性层源材料114为甲基碘化铵及碘化铅的混合物。可以理解，该光活性层230的材料及该光活性层源材料114不限于上述材料，只要是在相同条件下气化温度低于碳纳米管的气化温度，且在蒸镀过程中不与碳反应的光活性层材料或光活性层源材料即可，优选是气化温度小于或等于300℃的材料。
该碳纳米管膜结构112为一载体，该光活性层源材料114设置在该碳纳米管膜结构112表面，通过该碳纳米管膜结构112承载。优选地，该碳纳米管膜结构112优选为自支撑结构，至少部分悬空设置，该光活性层源材料114设置在悬空的碳纳米管膜结构112表面。在一实施例中，步骤S2进一步包括提供两个相互间隔的支撑体120，分别设置在该碳纳米管膜结构112的两端，使该碳纳米管膜结构112在该两个支撑体120之间的部分悬空设置。
该碳纳米管膜结构112包括单层碳纳米管膜，或多层叠加的碳纳米管膜。每层碳纳米管膜包括多个大致相互平行的碳纳米管。该碳纳米管的延伸方向大致平行于该碳纳米管膜结构112的表面，该碳纳米管膜结构112具有较为均匀的厚度。具体地，该碳纳米管膜包括首尾相连的碳纳米管，是由多个碳纳米管通过范德华力相互结合并首尾相连形成的宏观膜状结构。该碳纳米管膜结构112及碳纳米管膜具有一宏观面积和一微观面积，该宏观面积指该碳纳米管膜结构112或碳纳米管膜在宏观上看作一膜状结构时所具有的膜面积，该微观面积指该碳纳米管膜结构112或碳纳米管膜在微观上看作由大量碳纳米管首尾相连搭接形成的多孔网状结构中所有能够用于担载光活性层源材料114的碳纳米管的表面积。
该碳纳米管膜优选是从碳纳米管阵列中拉取获得。该碳纳米管阵列为通过化学气相沉积的方法生长在该生长基底的表面。该碳纳米管阵列中的碳纳米管基本彼此平行且垂直于生长基底表面，相邻的碳纳米管之间相互接触并通过范德华力相结合。通过控制生长条件，该碳纳米管阵列中基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。由于基本不含杂质且碳纳米管相互间紧密接触，相邻的碳纳米管之间具有较大的范德华力，足以使在拉取一些碳纳米管（碳纳米管片段）时，能够使相邻的碳纳米管通过范德华力的作用被首尾相连，连续不断的拉出，由此形成连续且自支撑的宏观碳纳米管膜。这种能够使碳纳米管首尾相连的从其中拉出的碳纳米管阵列也称为超顺排碳纳米管阵列。该生长基底的材料可以为P型硅、N型硅或氧化硅等适合生长超顺排碳纳米管阵列的基底。所述能够从中拉取碳纳米管膜的碳纳米管阵列的制备方法可参阅冯辰等人在2008年8月13日公开的中国专利申请CN101239712A。
从碳纳米管阵列中连续地拉出的该碳纳米管膜可以实现自支撑，该碳纳米管膜包括多个基本沿相同方向排列并首尾相连的碳纳米管。请参阅图4，在该碳纳米管膜中碳纳米管为沿同一方向择优取向排列。所述择优取向是指在碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于该碳纳米管膜的表面。进一步地，所述碳纳米管膜中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。具体地，所述碳纳米管膜中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管中每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连，从而使该碳纳米管膜能够实现自支撑。当然，所述碳纳米管膜中存在少数随机排列的碳纳米管，这些碳纳米管不会对碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显影响。在本说明书中凡提及碳纳米管的延伸方向，均是指碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向，即碳纳米管膜中碳纳米管的择优取向的方向。进一步地，所述碳纳米管膜可包括多个连续且定向排列的碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行的碳纳米管，该多个相互平行的碳纳米管通过范德华力紧密结合。可以理解，所述碳纳米管膜中基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管并非绝对的直线状，可以适当的弯曲；或者并非完全按照延伸方向上排列，可以适当的偏离延伸方向。因此，不能排除碳纳米管膜的基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管中并列的碳纳米管之间可能存在部分接触而部分分离的情况。实际上，该碳纳米管膜具有较多间隙，即相邻的碳纳米管之间具有间隙，使该碳纳米管膜可以具有较好的透明度及较大的比表面积。然而，相邻碳纳米管之间接触的部分以及首尾相连的碳纳米管之间连接的部分的范德华力已经足够维持该碳纳米管膜整体的自支持性。
所述自支撑是该碳纳米管膜不需要大面积的载体支撑，而只要一边或相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身膜状或线状状态，即将该碳纳米管膜置于（或固定于）间隔一定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管膜能够悬空保持自身膜状状态。所述自支撑主要通过碳纳米管膜中存在连续的通过范德华力首尾相连延伸排列的碳纳米管而实现。
该碳纳米管膜具有较小且均匀的厚度，约为0.5纳米至10微米。由于该从碳纳米管阵列中拉取获得的碳纳米管膜仅靠碳纳米管间的范德华力即可实现自支撑并形成膜状结构，因此该碳纳米管膜具有较大的比表面积，优选地，该碳纳米管膜的比表面积为200平方米每克~2600平方米每克（采用BET法测得）。该直接拉取获得的碳纳米管膜的单位面积质量约为0.01克每平方米~0.1克每平方米，优选为0.05克每平方米（此处的面积指碳纳米管膜的宏观面积）。由于该碳纳米管膜具有较小的厚度，且碳纳米管自身的热容小，因此该碳纳米管膜具有较小的单位面积热容（如小于2×10-4焦耳每平方厘米开尔文）。
该碳纳米管膜结构112可包括多层碳纳米管膜相互叠加，层数优选为小于或等于50层，更优选为小于或等于10层。在该碳纳米管膜结构112中，不同的碳纳米管膜中的碳纳米管的延伸方向可以相互平行或交叉设置。请参阅图5，在一实施例中，该碳纳米管膜结构112包括至少两层相互层叠的碳纳米管膜，该至少两层碳纳米管膜中的碳纳米管分别沿两个相互垂直方向沿伸，从而形成垂直交叉。
该光活性层源材料114可以通过溶液法、沉积法、蒸镀法、电镀法或化学镀法等方法担载在该碳纳米管膜结构112表面。该沉积法可以为化学气相沉积或物理气相沉积。在优选的实施例中，可通过溶液法在该碳纳米管膜结构112表面担载该光活性层源材料114，具体包括以下步骤：
S21，将该光活性层源材料114溶于或均匀分散于一溶剂中，形成一溶液或分散液；
S22，将该溶液或分散液均匀附着于该碳纳米管膜结构112表面；以及
S23，将附着在该碳纳米管膜结构112表面的溶液或分散液中的溶剂蒸干，从而将该光活性层源材料114均匀的附着在该碳纳米管膜结构112表面。该附着的方法可以为喷涂法、旋转涂覆法或浸渍法。
当该光活性层源材料114包括多种材料时，该步骤S21可以包括使该多种材料在溶剂中按预定比例预先混合均匀的步骤，从而使担载在碳纳米管膜结构112不同位置上的该多种材料均具有该预定比例。
请参阅图6及图7，在本实施例中，该步骤S2包括：将甲基碘化铵和碘化铅按照化学计量比均匀分散在有机溶剂中形成分散液；将该分散液喷涂在该碳纳米管膜结构112表面；以及将该碳纳米管膜结构112表面的有机溶剂蒸干。该喷涂和蒸干的步骤可以反复进行多次，以使该光活性层源材料114在该碳纳米管膜结构112表面具有所需的担载量。
该光活性层源材料114附着在该碳纳米管膜结构112表面。在宏观上该光活性层源材料114可以看作一层状结构形成在该碳纳米管膜结构112的至少一个表面，优选为设置在该碳纳米管膜结构112的两个表面。该光活性层源材料114与该碳纳米管膜结构112形成的复合膜的宏观厚度优选为小于或等于100微米，更优选为小于或等于5微米。由于承载在单位面积碳纳米管膜结构112上的光活性层源材料114的量可以非常少，在微观上该光活性层源材料114可以为纳米级尺寸的颗粒状或纳米级厚度的层状，附着在单根或少数几根碳纳米管表面。例如该光活性层源材料114为颗粒状，粒径尺寸约为1纳米~500纳米，附着在首尾相连的碳纳米管中的单根碳纳米管112表面。或者该光活性层源材料114为层状，厚度尺寸约为1纳米~500纳米，附着在首尾相连的碳纳米管中的单根碳纳米管112表面。该层状的光活性层源材料114可以完全包覆该单根碳纳米管112。该光活性层源材料114在该碳纳米管膜结构112不但与光活性层源材料114的量有关，也与光活性层源材料114的种类，以及与碳纳米管的浸润性能等多种因素相关。例如，当该光活性层源材料114在该碳纳米管表面不浸润时，易于形成颗粒状，当该光活性层源材料114在该碳纳米管表面浸润时，则易于形成层状。另外，当该光活性层源材料114是粘度较大的有机物时，也可能在该碳纳米管膜结构112表面形成一完整连续的薄膜。无论该光活性层源材料114在该碳纳米管膜结构112表面的形貌如何，单位面积的碳纳米管膜结构112担载的光活性层源材料114的量应较少，使输入电信号或电磁波信号能够在瞬间（优选为1秒以内，更优选为10微秒以内）将该光活性层源材料114完全气化。该光活性层源材料114均匀的设置在该碳纳米管膜结构112表面，使该碳纳米管膜结构112不同位置的光活性层源材料114担载量基本相等。
在该步骤S3中，该蒸发源110与基底210具有第一电极220的表面相对且间隔设置。该基底210的表面各处均与该碳纳米管膜结构112保持基本相等的间隔，即该碳纳米管膜结构112基本平行于该基底210的表面。具体地，该设置有光活性层源材料114的碳纳米管膜结构112与待镀表面相对且间隔设置，间距优选为1微米~10毫米。该碳纳米管膜结构110的宏观面积大于或等于该待镀表面的面积，从而使蒸镀时，光活性层源材料114的气体可以在基本相同的时间内到达该待镀表面。该待镀表面可以为该第一电极220的表面。请参阅图8，在优选的实施例中，该有机薄膜太阳能电池200的制备方法可进一步包括在该第一电极220表面预先形成一附加功能层250的步骤，该附加功能层根据该有机薄膜太阳能电池200的种类及光活性层230的材料具体选择，例如可以是电子传输层或空穴传输层，则该待镀表面可以为该附加功能层250的表面。
在本实施例中，该有机薄膜太阳能电池200的制备方法在该步骤S3前，进一步包括在该第一电极220表面形成一电子传输层的步骤。该电子传输层优选为TiO2层或Al2O3层。该设置有光活性层源材料114的碳纳米管膜结构112与电子传输层的表面间隔距离约为1毫米。
该步骤S3可以在空气中进行，在优选的实施例中，该步骤S3可进一步包括将该蒸发源110及光活性层源材料114设置在真空室130中，在真空中向该碳纳米管膜结构112输入电磁波信号或电信号，使该光活性层源材料114蒸发，在该第一电极210上蒸镀形成光活性层230。
由于该蒸发源110与基底210具有第一电极210的表面相对且间隔设置，且该间隔距离较近，且向该碳纳米管膜结构112输入电磁波信号或电信号能够使担载在该碳纳米管膜结构112上的光活性层源材料114在一瞬间全部蒸发，并迅速附着在该待镀表面，因此，达到该待镀表面任意局部位置的光活性层源材料114就是与该待镀表面局部位置对应设置的碳纳米管膜结构112的局部位置的全部光活性层源材料114。由于该碳纳米管膜结构112各处担载的光活性层源材料114的量相同，即均匀担载，在该待镀表面形成的光活性层230各处具有均匀的厚度，也就是形成的光活性层230的厚度和均匀性由该光活性层源材料114在该碳纳米管膜结构112担载的量和均匀性决定。当该光活性层源材料114包括多种材料时，该碳纳米管膜结构112各处担载的各种材料的比例相同，则在该碳纳米管膜结构112与该待镀表面之间各局部位置的光活性层源材料114气体中各种材料的比例相同，使各局部位置能够发生均匀的反应，从而在该待镀表面形成均匀的光活性层230。
当向该碳纳米管膜结构112输入电磁波信号时，可进一步包括提供一电磁波信号输入装置140，向该碳纳米管膜结构112发出电磁波信号，该电磁波信号输入装置140可以设置在该真空室130中或设置在该真空室130之外，只要能够使发出的电磁波信号传递至该碳纳米管膜结构112即可。碳纳米管对电磁波的吸收接近绝对黑体，对于各种波长的电磁波具有均一的吸收特性。该电磁波信号的平均功率密度在100mW/mm2~20W/mm2范围内。该碳纳米管膜结构112由于具有较小的单位面积热容，从而迅速根据该电磁波信号产生热响应而升温，由于该碳纳米管膜结构112具有较大的比表面积，可以迅速的与周围介质进行热交换，该碳纳米管膜结构112产生的热信号可以迅速加热该光活性层源材料114至蒸发或升华温度。由于该光活性层源材料114在该碳纳米管膜结构112的单位宏观面积的担载量较小，该热信号可以在一瞬间使该光活性层源材料114完全气化。
请参阅图9，当向该碳纳米管膜结构112输入电信号时，可进一步包括提供第一电信号输入电极150及第二电信号输入电极152，该第一电信号输入电极150及第二电信号输入电极152相互间隔并分别与该碳纳米管膜结构112电连接。优选地，该碳纳米管膜结构112在该第一电信号输入电极150及第二电信号输入电极152之间悬空设置。该碳纳米管膜结构112为一电阻性元件，具有较小的单位面积热容，且具有较大比表面积及较小厚度。优选地，该碳纳米管膜结构112的单位面积热容小于2×10-4焦耳每平方厘米开尔文，更优选为小于1.7×10-6焦耳每平方厘米开尔文，比表面积大于200平方米每克，厚度小于100微米。该第一电信号输入电极150及第二电信号输入电极152向该碳纳米管膜结构112输入电信号，由于具有较小的单位面积热容，该碳纳米管膜结构112可以将输入的电能快速转换为热能，使自身温度快速升高，由于具有较大的比表面积及较小的厚度，该碳纳米管膜结构112可以与光活性层源材料114进行快速的热交换，使光活性层源材料114迅速被加热至蒸发或升华温度。
该第一电信号输入电极150及第二电信号输入电极152与该碳纳米管膜结构112电连接，优选为直接设置在该碳纳米管膜结构112表面。该第一电信号输入电极150及第二电信号输入电极152向该碳纳米管膜结构112通入一电流，优选为对该碳纳米管膜结构112进行直流通电。相互间隔的第一电信号输入电极150及第二电信号输入电极152可分别设置在该碳纳米管膜结构112两端。
在优选的实施例中，该碳纳米管膜结构112中至少一层碳纳米管膜中碳纳米管的延伸方向为从第一电信号输入电极150及第二电信号输入电极152方向延伸。该第一电信号输入电极150及第二电信号输入电极152可具有一定强度，同时起到支撑该碳纳米管膜结构112的作用，例如该第一电信号输入电极150及第二电信号输入电极152可以为导电棒或导电丝，则所述支撑体120可以省略。
在该步骤S3中，该电信号通过该第一电信号输入电极150及第二电信号输入电极152输入该碳纳米管膜结构112。当该电信号为直流电信号时，该第一电信号输入电极150及第二电信号输入电极152分别与直流电信号源的正极和负极电连接。当该电信号为交流电信号时，该第一电信号输入电极150及第二电信号输入电极152中一电极与交流电信号源电连接，另一电极接地。向该蒸发源110中输入的电信号的功率能够使该碳纳米管膜结构112的响应温度达到该光活性层源材料114的气化温度，该功率取决于碳纳米管膜结构112的宏观面积S和需要达到的温度T，所需功率可根据公式σT4S计算，δ为Stefan-Boltzmann常数，碳纳米管膜结构112面积越大温度越高需要的功率越大。该碳纳米管膜结构112由于具有较小的单位面积热容，从而迅速根据该电信号产生热响应而升温，由于该碳纳米管膜结构110具有较大的比表面积，可以迅速的与周围介质进行热交换，该碳纳米管膜结构110产生的热信号可以迅速加热该光活性层源材料114。由于该光活性层源材料114在该碳纳米管膜结构112的单位宏观面积的担载量较小，该热信号可以在一瞬间使该有机发光层源材料114完全气化。
可以理解，通过改变该光活性层源材料的种类，以及多次重复该步骤S3，可以在该基底210上层叠两层或多次不同的光活性层。例如，当该有机薄膜太阳能电池200为双层异质结型太阳能电池时，包括一个电子受体材料层和一个电子给体材料层，则通过两次蒸镀可以在该第一电极220表面形成该层叠的电子受体材料层和电子给体材料层，从而形成层间异质结。
请参阅图10及图11，在本实施例中，对该碳纳米管膜结构112通电，该碳纳米管膜结构112温度迅速升高，使表面的甲基碘化铵及碘化铅的混合物瞬间气化，在该待镀表面形成一钙钛矿结构CH3NH3PbI3薄膜。该蒸发源100通电后的结构如图10所示，可以看到该碳纳米管膜结构112表面的甲基碘化铵及碘化铅的混合物蒸发后该碳纳米管膜结构112仍维持原有的首尾相连的碳纳米管形成的网络状结构。该甲基碘化铵和碘化铅在气化后发生化学反应，在待镀表面生成厚度均匀的薄膜形貌如图11所示。请参阅图12，对蒸镀生成的薄膜进行XRD测试，可以从XRD图谱中判断得到的薄膜材料为钙钛矿结构CH3NH3PbI3。
请参阅图13，在优选的实施例中，该步骤S3进一步包括：提供一图案化栅网160，将该图案化栅网160设置在该蒸发源110与该基底210具有第一电极210的表面之间，从而形成图案化的光活性层230。
该图案化栅网160设置在该蒸发源110与基底210之间，使图案化栅网160的通孔与需要形成图案化蒸镀层的待镀表面的预定位置相对设置。该图案化栅网160可以与分别与该待镀表面及该碳纳米管膜结构112接触设置。在优选的实施例中，该图案化栅网160分别与该待镀表面及该碳纳米管膜结构112相互间隔设置。由于具有该图案化栅网160，气化的蒸发材料130只能从图案化栅网160的通孔通过并到达该待镀表面，从而在该待镀表面与该图案化栅网160的通孔对应的局部位置形成光活性层230，从而使该光活性层230图案化。该图案化的光活性层230的形状与该图案化栅网160的通孔的形状对应。
在该步骤S3之后及S4之前，可进一步包括在该光活性层230表面形成另一附加功能层252的步骤，该附加功能层根据该有机薄膜太阳能电池200的种类及光活性层230的材料具体选择，例如可以是电子传输层或空穴传输层。
在本实施例中，该有机薄膜太阳能电池200的制备方法在该步骤S3之后及S4之前，进一步包括在该光活性层230表面形成一空穴传输层的步骤。该空穴传输层优选为spiro-MeOTAD层、P3HT层、CuI层、CuSCN层或PTAA层。
本发明实施例进一步提供一种有机薄膜太阳能电池的制备装置100，包括一蒸发源110及加热装置，该蒸发源110包括碳纳米管膜结构112及光活性层源材料114，该碳纳米管膜结构112为一载体，该光活性层源材料114设置在该碳纳米管膜结构112表面，通过该碳纳米管膜结构112承载，该加热装置能够向该碳纳米管膜结构112输入电磁波信号或电信号，使该光活性层源材料114蒸发。该加热装置可以为能够向该碳纳米管膜结构112输入电磁波信号的电磁波信号输入装置140，或者能够向该碳纳米管膜结构112通入电信号的第一电信号输入电极150及第二电信号输入电极152。
该有机薄膜太阳能电池制备装置100可进一步包括一真空室130，该蒸发源110及基底210设置在真空室130中。
该有机薄膜太阳能电池的制备装置100可进一步包括两个相互间隔的支撑体120，分别设置在该碳纳米管膜结构112的两端，使该碳纳米管膜结构112在该两个支撑体120之间的部分悬空设置。
该有机薄膜太阳能电池的制备装置100可进一步包括一图案化栅网160，该图案化栅网160设置在该蒸发源110与该基底210具有第一电极210的表面之间。
本发明实施例将自支撑的碳纳米管膜作为光活性层源材料的载体，利用该碳纳米管膜极大的比表面积及自身的均匀性，使承载在该碳纳米管膜上的光活性层源材料在蒸发前即实现较为均匀的大面积分布。在蒸发的过程中利用该自支撑碳纳米管膜在电磁波信号或电信号的作用下瞬时加热的特性，在极短的时间将光活性层源材料完全气化，从而形成均匀且大面积分布的气态光活性层源材料。该待镀表面与该碳纳米管膜间隔距离短，使承载在该碳纳米管膜上的光活性层源材料基本上均能得到利用，有效节约了光活性层源材料，提高了蒸镀速度及均匀性。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (17)

1.一种有机薄膜太阳能电池的制备方法，包括：
S1，提供一基底，在该基底表面形成第一电极；
S2，提供一蒸发源，该蒸发源包括碳纳米管膜结构及光活性层源材料，该碳纳米管膜结构为一载体，该光活性层源材料设置在该碳纳米管膜结构表面，通过该碳纳米管膜结构承载，该光活性层源材料为该光活性层的材料或者用于形成该光活性层的前驱体，该前驱体在蒸镀的过程中反应生成该光活性层；
S3，将该蒸发源与基底具有第一电极的表面相对且间隔设置，并向该碳纳米管膜结构输入电磁波信号或电信号，使该光活性层源材料蒸发，在该第一电极上蒸镀形成光活性层；以及
S4，在该光活性层上形成第二电极。
2.如权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，该光活性层源材料通过溶液法、沉积法、蒸镀法、电镀法或化学镀法等方法承载在该碳纳米管膜结构表面。
3.如权利要求2所述的有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，在该碳纳米管膜结构表面承载该光活性层源材料包括以下步骤：
S21，将该光活性层源材料溶于或均匀分散于一溶剂中，形成一溶液或分散液；
S22，将该溶液或分散液均匀附着于该碳纳米管膜结构表面；以及
S23，将附着在该碳纳米管膜结构表面的溶液或分散液中的溶剂蒸干，从而将该光活性层源材料均匀的附着在该碳纳米管膜结构表面。
4.如权利要求3所述的有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，该步骤S21包括使多种材料在溶剂中按预定比例预先混合均匀的步骤，从而使担载在碳纳米管膜结构不同位置上的该多种材料均具有该预定比例。
5.如权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，进一步包括在该第一电极表面预先形成电子传输层或空穴传输层的步骤。
6.如权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，该步骤S3进一步包括将该蒸发源及光活性层源材料设置在真空室中，在真空中向该碳纳米管膜结构输入所述电磁波信号或电信号的步骤。
7.如权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，当向该碳纳米管膜结构输入电磁波信号时，进一步包括提供一电磁波信号输入装置，使该电磁波信号输入装置向该碳纳米管膜结构发出电磁波信号的步骤。
8.如权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，当向该碳纳米管膜结构输入电信号时，进一步包括提供第一电信号输入电极及第二电信号输入电极，使该第一电信号输入电极及第二电信号输入电极相互间隔并分别与该碳纳米管膜结构电连接的步骤。
9.如权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，该步骤S3进一步包括提供一图案化栅网，将该图案化栅网设置在该蒸发源与该基底具有第一电极的表面之间，从而使该光活性层图案化的步骤。
10.如权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，在该步骤S3之后及S4之前，进一步包括在该光活性层表面形成另一附加功能层的步骤，该附加功能层为电子传输层或空穴传输层。
11.如权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，该蒸发源与基底具有第一电极的表面之间的间距为1微米~10毫米。
12.如权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，该步骤S2进一步包括提供两个相互间隔的支撑体，分别设置在该碳纳米管膜结构的两端，使该碳纳米管膜结构在该两个支撑体之间悬空设置的步骤。
13.如权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，该碳纳米管膜结构的单位面积热容小于2×10-4焦耳每平方厘米开尔文，比表面积大于200平方米每克。
14.一种有机薄膜太阳能电池的制备装置，包括一蒸发源及加热装置，以形成该有机薄膜太阳能电池的光吸收层，其特征在于，该蒸发源包括碳纳米管膜结构及光活性层源材料，该碳纳米管膜结构为一载体，该光活性层源材料设置在该碳纳米管膜结构表面，通过该碳纳米管膜结构承载，该加热装置能够向该碳纳米管膜结构输入电磁波信号或电信号，使该光活性层源材料蒸发从而形成光吸收层，该光活性层源材料为该光活性层的材料或者用于形成该光活性层的前驱体，该前驱体在蒸镀的过程中反应生成该光活性层。
15.如权利要求14所述的有机薄膜太阳能电池的制备装置，其特征在于，该加热装置为能够向该碳纳米管膜结构输入电磁波信号的电磁波信号输入装置，或者能够向该碳纳米管膜结构通入电信号的第一电信号输入电极及第二电信号输入电极。
16.如权利要求14所述的有机薄膜太阳能电池的制备装置，其特征在于，进一步包括一真空室，该蒸发源及光活性层源材料设置在该真空室中。
17.如权利要求14所述的有机薄膜太阳能电池的制备装置，其特征在于，进一步包括一图案化栅网，该图案化栅网设置在该蒸发源与该基底具有第一电极的表面之间。
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