CN111341915B - 有机晶体太阳能电池器件的制备方法和光电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能电池技术领域，公开了有机晶体太阳能电池器件的制备方法和光电设备。本发明的方法包括以下步骤：在氧化铟锡衬底依次制备在P型无定形膜层、有机晶相膜层、N型无定形膜层、金属电极层，其中有机晶相膜层的制备过程为利用热蒸镀法制备无定形膜，将无定形膜利用双层加热退火法制备有机结晶膜层，利用氧等离子体方法对所述有机结晶膜层进行处理得到有机晶相膜层。本方法利用缺陷诱导有机半导体晶体作为有机晶相膜层，并通过氧等离子处理，实现有机晶相膜层对于可见光区的宽程吸收，使得有机晶体太阳能电池器件的效率大幅度提高，且提高电池的稳定性，还通过引入空穴阻挡层和电子阻挡层实现了高效率有机晶体太阳能电池器件的制备。

Description

有机晶体太阳能电池器件的制备方法和光电设备
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种有机晶体太阳能电池器件的制备方法、光电设备。
背景技术
由有机材料构成核心部分的太阳能电池，主要是以具有光敏性质的有机半导体分子作为半导体材料，以光伏效应而产生电压形成电流，实现太阳能发电的效果。其制备技术主要是以制备基于有机半导体材料的无定形膜，实现器件制备。有机半导体材料的无定形膜器件制备技术被广泛应用于有机电致发光、有机太阳能电池等诸多领域。作为一种半导体材料，有机半导体无定形膜的能带结构由有机半导体分子自身的能带结构决定。这一特点决定有机半导体器件的研究一直集中于分子的设计合成，少有对于无定形膜技术的研发。且目前仍难以实现从材料向器件的转变。
其中的原因是基于无定形膜结构的器件，由于电荷注入困难以及分子间电荷跃迁距离短等问题，相关太阳能电池器件的效率仍然较低，很难达到15%。与之相对应的其他基于结晶型材料的太阳能电池技术如硅基太阳能电池，染料敏华太阳能电池，钙钛矿太阳能电池，效率都远超20%。有机半导体晶体材料晶格由氢键，范德华力等弱分子间相互作用构筑，很难形成长程有序的薄膜结构，更难实现薄膜有机半导体器件的制备，极大的限制了有机半导体晶体材料在太阳能电池领域的应用。
发明内容
本发明的第一个目的在于解决现有技术中太阳能电池效率低下、稳定性不高的技术问题，以实现有机晶体材料在太阳能电池领域的应用。
本发明提供的方案是：一种有机晶体太阳能电池器件的制备方法，包括以下步骤：
在氧化铟锡衬底上制备P型无定形膜层；
在所述P型无定形膜层上制备有机晶相膜层；
在所述有机晶相膜层上制备N型无定形膜层；
在所述N型无定形膜层上制备金属电极层；
得到有机晶体太阳能电池器件本体；
其中，在所述P型无定形膜层上制备有机晶相膜层包括以下步骤：
利用热蒸镀法制备无定形膜，将所述无定形膜利用双层加热退火法制备有机结晶膜层，利用氧等离子体方法对所述有机结晶膜层进行处理得到有机晶相膜层，其中双层加热退火法是指将相对叠放的两片金属配合物无定形掺杂膜加热退火；
或者，利用热蒸镀方法制备无定形掺杂膜，将所述无定形掺杂膜利用双层加热退火法制备得到有机晶相膜层。
可选地，利用旋涂法制备所述P型无定形膜层。
可选地，利用蒸镀法或溅射法制备所述金属电极层。
可选地，利用热蒸镀法制备所述N型无定形膜层。
可选地，所述氧等离子体方法包括：设置氧等离子体功率为10-50mW。
可选地，所述有机晶体太阳能电池器件本体包括：氧化铟锡衬底，所述氧化铟锡衬底上依次设有P型无定形膜层、有机晶相膜层、N型无定形膜层、金属电极层。
可选地，所述有机晶相膜层选自八羟基喹啉类金属配合物膜层。
可选地，所述八羟基喹啉类金属配合物选自Erq3、Gaq3、Inq3、Alq3中的一种。
可选地，所述有机晶相膜层选自主体材料为第一金属与第一配体，客体材料为第二金属与第二配体的配合物膜层；并且，所述第一金属与所述第二金属的金属原子序数之差≥10，所述第一配体与所述第二配体相同或具有空间上相似的结构。
可选地，所述第一金属选自Li、Be、Al中的一种，且所述第二金属选自Al、Zn、Ga、Os、Er、Ir、Pt、Re、Ru中的一种；或者，所述第一金属选自Al、Zn、Ga、Os、Er、Ir、Pt、Re、Ru中的一种，且所述第二金属选自Li、Be、Al中的一种。
可选地，所述第一配体和/或所述第二配体为8-羟基喹啉类、羟基苯并噻唑类、羟基苯并恶唑类、酚基吡啶类、多联吡啶类或苯基吡啶类中的一种。
可选地，所述P型无定形膜层的厚度为5-10nm。
可选地，所述有机晶相膜层的厚度为300-500nm。
可选地，所述N型无定形膜层的厚度为5-10nm。
可选地，所述金属电极层的厚度为100-400nm。
可选地，所述金属电极层选自Al、Ag、Mg膜层中的一种。
可选地，所述P型无定形膜层和/或所述N型无定形膜层选自三氧化钼膜层或二硫化钼膜层中的一种。
本发明的第二个目的在于提供一种光电设备，包括上述方法制备得到的缺陷诱导有机晶体结构太阳能电池器件。
本发明的有益效果：
本发明实施例提供的有机晶体太阳能电池器件的制备方法，在氧化铟锡衬底依次制备在P型无定形膜层、有机晶相膜层、N型无定形膜层、金属电极层，其中有机晶相膜层的制备过程为利用热蒸镀法制备无定形膜，将无定形膜利用双层加热退火法制备有机结晶膜层，利用氧等离子体方法对所述有机结晶膜层进行处理得到有机晶相膜层。这样，利用缺陷诱导有机半导体晶体作为有机晶相膜层，代替传统的有机半导体器件中的无定形膜层，通过氧等离子体方法对所述有机结晶膜层进行处理，拓宽有机晶相膜层对于可见光区的吸收，使得有机晶体太阳能电池器件的效率大幅度提高，且提高有机晶体太阳能电池器件的稳定性，还通过引入空穴阻挡层和电子阻挡层实现了高效率有机晶体太阳能电池器件的制备。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的有机晶体太阳能电池器件的结构示意图。
附图标记：
10、金属电极层；20、N型无定形膜层；30、P型无定形膜层；40、有机晶相膜层；50、氧化铟锡衬底。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。
另外，在本发明中涉及“第一”“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
参考图1，本发明实施例提供的一种有机晶体太阳能电池器件，包括：氧化铟锡衬底50，以及依次沉积在氧化铟锡衬底50上的P型无定形膜层30、有机晶相膜层40、N型无定形膜层20、金属电极层10。具体的，P型无定形膜层30具有空穴注入层、空穴传输层及电子阻挡层的作用；N型无定形膜层20具有电子注入层、电子传输层及空穴阻挡层的作用；有机晶相膜层40为光敏化层，金属电极层10为阴极。这样，利用缺陷诱导有机半导体晶体作为有机晶相膜层40，代替传统的有机半导体器件中的无定形膜层，通过对有机分子三线态能级的活化，拓宽有机晶相膜层40对于可见光区的吸收，使得有机晶体太阳能电池器件的效率大幅度提高，且提高有机晶体太阳能电池器件的稳定性，还通过引入空穴阻挡层和电子阻挡层实现了高效率有机晶体太阳能电池器件的制备。
在一实施例中，有机晶相膜层40选自八羟基喹啉类金属配合物膜层。具体的，八羟基喹啉类金属配合物膜层选自Erq3、Gaq3、Inq3、Alq3膜层。八羟基喹啉类金属配合物膜层作为一类技术最成熟和应用最广泛的有机半导体材料，具有以下特点：良好的成膜特性，较高的荧光量子效率，较高的玻璃化温度，稳定性好；良好的电子传输性能，且合成方法简单，合成成本低。选取不同的金属离子，可以制备实现不同颜色的发光。Alq3是比较经典的绿光发射有机材料，对应单线态能量吸收，由于能量较低的三线态能级跃迁禁阻，也限制了对应三线态能级的吸收，可见光吸收范围窄阻碍了在太阳能电池领域的应用。通过制备八羟基喹啉类金属配合物结晶膜层，并经过氧等离子处理得到缺陷诱导的有机晶相膜层40，激活材料的三线态能级，实现可见光区的宽程吸收及太阳能电池器件应用。
在一实施例中，有机晶相膜层40选自主体材料为第一金属与第一配体，客体材料为第二金属与第二配体的配合物膜层；并且，第一金属与第二金属的金属原子序数之差≥10，第一配体与第二配体相同或具有空间上相似的结构。缺陷诱导有机晶相膜层40除了可通过氧等离子处理方法实现外，也可以通过主客体掺杂的方式实现。本发明实施例提供的有机晶体太阳能电池器件，选取第一金属与第二金属的金属原子序数之差≥10，使得主体材料和客体材料的核心金属原子半径具有较大的差距，还选取具有空间上相同或相似的配体结构，由于无缺陷单一分子晶体中的自旋-轨道耦合相当弱，单重态到三重态的跃迁被禁阻，但在缺陷诱导的有机晶相膜层40中，因为主客体材料分子尺寸的明显差异，缺陷诱导分子间耦合增强，从而可以直接吸收三重态对应的能量，又可以有效地进行系间窜越耦合。利用本发明实施例提供的有机晶体太阳能电池器件使得有机晶相膜层40中原本禁阻的三线态能级活化，具有与单线态能级类似的电子跃迁及传输属性。
第一配体与第二配体具有空间上相似的结构，配位点有可能是杂原子，也有可能是碳原子，配体的配位点与金属形成的空间构型相近。六配位与两配位都可以实现晶体掺杂。
具体的，第一金属选自Li、Be、Al中的一种，且第二金属选自Al、Zn、Ga、Os、Er、Ir、Pt、Re、Ru中的一种。这样，将金属原子序数较大的客体材料掺杂到金属原子序数较小的主体材料中，由于第一金属和第二金属的金属原子半径具有较大的差距，掺杂晶体由于客体材料分子的存在，晶格发生了扩张，从而影响有机晶体材料的性质，因此可以利用缺陷诱导的有机晶相膜层40制备得到有机晶体太阳能电池器件。具体的，也可以设置第一金属选自Al、Zn、Ga、Os、Er、Ir、Pt、Re、Ru中的一种，且第二金属选自Li、Be、Al中的一种。这样，将金属原子序数较大的客体材料掺杂到金属原子序数较小的主体材料中，掺杂晶体晶格发生收缩，从而制备得到缺陷诱导的有机晶相膜层40。
在一实施例中，第一配体和第二配体为8-羟基喹啉类、羟基苯并噻唑类、羟基苯并恶唑类、酚基吡啶类、多联吡啶类或苯基吡啶类中的一种。在一实施例中，第一配体为8-羟基喹啉类、羟基苯并噻唑类、羟基苯并恶唑类、酚基吡啶类、多联吡啶类或苯基吡啶类。具体应用中，也可以设置第二配体为8-羟基喹啉类、羟基苯并噻唑类、羟基苯并恶唑类、酚基吡啶类、多联吡啶类或苯基吡啶类。ppy表示苯基吡啶，Ir(ppy)3具有较高的发光效率和优越的电子传输能力。q表示羟基喹啉，Alq3作为有机发光的基础材料，其本身具有一定的电子传输能力，可以通过真空蒸镀成致密的薄膜，具有良好的稳定性，有较好的荧光量子效率。
在一实施例中，P型无定形膜层30的厚度为5-10nm，P型无定形膜层30的厚度增加有助于提高空穴注入能力以及有机晶体太阳能电池器件的稳定性。
具体应用中，可以设置有机晶相膜层40的厚度为300-500nm。有机晶相膜层40的厚度超过500nm，则容易使得电荷的传输能力下降；有机晶相膜层40的厚度低于300nm，则容易使得有机晶相膜层40的厚度不够均一。
具体应用中，还可以设置N型无定形膜层20的厚度为5-10nm。N型无定形膜层20的厚度超过10nm，膜层太厚，电荷传输的能力会大幅度下降，N型无定形膜层20的厚度低于5nm，无法起到空穴阻挡的效果。
具体应用中，可以设置金属电极层10的厚度为100-400nm。金属电极层10的厚度低于100nm，容易被击穿。
在一实施例中，金属电极层选自Al、Ag、Mg膜层中的一种，具体应用中，金属电极为常用的阴极材料金属Al，主要是考虑有机晶体太阳能电池器件的稳定性和价格因素，金属Al是良好的电子提供体，电子能级为4.3eV。因为有延展性，可以利用小颗粒状态的铝作为原材料进行蒸镀。Al的相对密度为2.70，熔点660℃，沸点2327℃，相较于其他金属更易于加热蒸发。具体应用中，也可以用其他低功函的金属替代Al，例如Ag或Mg等。
具体的，P型无定形膜层30可以由三氧化钼膜层制成，三氧化钼在300℃左右的温度下加热，可以长时间的保持P型无定形膜层30的稳定性。具体应用中，P型无定形膜层30也可以由二硫化钼膜层制成，二硫化钼（MoS2）具有优异的半导体特性。P型无定形膜层30和N型无定形膜层20的材料可以相同，也可以不相同。N型无定形膜层20可以是三氧化钼，也可以是二硫化钼。
本发明实施例还提供一种光电设备，包括有机晶体太阳能电池器件。本发明实施例提供的光电设备，将有机晶体太阳能电池器件应用于光电设备上，实现对红光和红外光子的吸收和利用，使得光电设备的效率大幅度提高，且提高光电设备的稳定性。
本发明实施例还提供一种制备有机晶体太阳能电池器件的制备方法，包括：
在氧化铟锡衬底50上制备P型无定形膜层30；在P型无定形膜层30上制备有机晶相膜层40；在有机晶相膜层40上制备N型无定形膜层20；在N型无定形膜层20上制备金属电极层10。通过制备有机半导体无定形膜，使其成为缺陷诱导的有机晶相膜层40，实现有机晶相膜层40在有机太阳能器件中的应用。
在一实施例中，在P型无定形膜层30上制备有机晶相膜层40的步骤包括：利用热蒸镀法制备无定形膜，将无定形膜利用双层加热退火法制备有机结晶膜层，利用氧等离子体方法对有机结晶膜层进行处理得到有机晶相膜层40。通过氧等离子体处理活化有机晶体材料三线态能级实现可见光吸收（375-650nm）及电荷分离的作用。其中双层加热退火法是指将相对叠放的两片金属配合物无定形掺杂膜加热退火。
在一实施例中，在P型无定形膜层30上制备有机晶相膜层40的步骤包括：利用热蒸镀方法沉积无定形掺杂膜，将无定形掺杂膜利用双层加热退火法制备得到有机晶相膜层40。有机晶相膜层40中主体材料和客体材料的核心金属原子半径具有较大的差距，空间上具有相同或相似的配体结构，晶体缺陷效应导致其具有区别于本体有机分子的光学及电学特性。这样，使得原本禁阻的三线态能级活化，具有与单线态能级类似的电子跃迁及传输属性，实现三线态能级对与之能量相对应的光子的吸收，尤其是对红光和近红外光子的吸收和利用，实现有机晶相膜层40在有机太阳能电池领域的应用。
在一实施例中，利用旋涂方法制备P型无定形膜层30，可以制备得出非常致密的氧化物，且可以精确地控制膜层厚度。
在一实施例中，N型无定形膜层20由热蒸镀方法制备得到。通过热蒸镀法制备N型无定形膜层20设备简单，易于操作。
在一实施例中，利用蒸镀法或溅射法制备金属电极层10。通过蒸镀法制备金属电极层10，设备简单，易于操作。通过溅射法制备金属电极层10，制备出来的金属电极层10的性能较好。
在一实施例中，氧等离子体方法包括：设置氧等离子体功率为10-50mW。氧等离子体的功率太高，有机晶体材料容易分解。设置氧等离子体功率低于50mW，随着功率的升高可以使得有机晶体材料三线态能级活化作用增强，器有机晶体太阳能电池器件的效果也相应的增强。
缺陷诱导有机半导体晶相膜通过有机半导体弱相互作用把有机分子有序地结合在晶格结构上，氧等离子体活化作用诱导有机分子在晶格结构上的适度扭曲，晶体缺陷效应导致其具有区别于本体有机分子的光学及电学特性，特别是，使原本禁阻的三线态能级活化，具有与单线态能级类似的电子跃迁及传输属性，实现三线态能级对与之能量相对应的光子的吸收，尤其是对红光和近红外光子的吸收和利用，实现其在有机太阳能电池领域的应用。
实施例1：
原料：氧化铟锡衬底50、Al电极层、Alq3。
制备方法：
1、选择方块电阻是10Ω，透过率在78%的氧化铟锡导电玻璃作为衬底；
2、利用旋涂方法制备厚度为5nm的P型无定形膜层30，该P型无定形膜层30为P型s-MoO3层，旋涂速度为2000rpm，旋涂时间30s；
3、制备厚度为300nm的缺陷诱导有机晶相膜层40包括：
(I)利用热蒸镀方法在覆盖透明导电玻璃上沉积厚度为800nm的Alq3无定形膜。在2.5*10-4Pa真空条件下，以0.5nm/s速率实现Alq3无定形膜的制备，衬底的温度控制在320K。
(Ⅱ)利用双层加热退火法对已制备的Alq3无定形膜层处理。退火温度为573K，退火时间为30分钟，退火后基底冷却至室温，时间为15分钟。
(Ⅲ)利用氧等离子体方法对已制备的Alq3结晶层处理，制备缺陷诱导有机晶相膜层40。氧等离子体功率为25mW，气体流量为15ppm，处理时间为360秒。
4、利用热蒸镀方法制备厚度为5nm的N型无定形膜层20，该N型无定形膜层20材料为三氧化钼。在2.5*10-4Pa真空条件下，以0.05nm/s速率实现N型无定形膜层20的制备，衬底温度控制在320K；
5、利用热蒸镀方法制备厚度为100nm的Al电极层。在2.5*10-4Pa真空条件下，以0.5nm/s速率实现Al电极层的制备，衬底温度控制在320K。
性能测试：在AM l.5，100 mW/cm2标准光强的照射下，有机晶体太阳能电池器件的开路电压0.98 V，短路电流8.7 mA，填充因子0.65，效率为5.54 %。
实施例2：
原料：氧化铟锡衬底50、Al电极层、Alq3。
制备方法：
1、选择方块电阻是10Ω，透过率在78%的氧化铟锡导电玻璃作为衬底；
2、利用旋涂方法制备厚度为5nm的P型无定形膜层30，该P型无定形膜层30为s-MoO3层，旋涂速度为2000rpm，旋涂时间30s；
3、制备厚度为300nm的缺陷诱导有机晶相膜层40包括：
(I)利用热蒸镀方法在覆盖透明导电玻璃上沉积厚度为800nm的Alq3无定形膜。在2.5*10-4Pa真空条件下，以0.5nm/s速率实现Alq3无定形膜的制备，衬底的温度控制在320K。
(Ⅱ)利用双层加热退火法对已制备的Alq3无定形膜层处理。退火温度为573K，退火时间为30分钟，退火后基底冷却至室温，时间为15分钟。
(Ⅲ)利用氧等离子体方法对已制备的Alq3结晶层处理，制备缺陷诱导有机晶相膜层40。氧等离子体功率为50mW，气体流量为15ppm，处理时间为360秒。
4、利用热蒸镀方法制备厚度为5nm的N型无定形膜层20，该N型无定形膜层20材料为三氧化钼。在2.5*10-4Pa真空条件下，以0.05nm/s速率实现N型无定形膜层20的制备，衬底温度控制在320K；
5、利用热蒸镀方法制备厚度为100nm的Al电极层。在2.5*10-4Pa真空条件下，以0.5nm/s速率实现Al电极层的制备，衬底温度控制在320K。
性能测试：在AM l.5，100 mW/cm2标准光强的照射下，有机晶体太阳能电池器件的开路电压0.98 V，短路电流8.7 mA，填充因子0.65，效率为5.64 %。
实施例3：
原料：氧化铟锡衬底50、Al电极层、Alq3。
制备方法：
1、选择方块电阻是10Ω，透过率在78%的氧化铟锡导电玻璃作为衬底；
2、利用旋涂方法制备厚度为5nm的P型无定形膜层30，该P型无定形膜层30为P型s-MoO3层，旋涂速度为2000rpm，旋涂时间30s；
3、制备厚度为300nm的缺陷诱导有机晶相膜层40包括：
(I)利用热蒸镀方法在覆盖透明导电玻璃上沉积厚度为800nm的Alq3无定形膜。在2.5*10-4Pa真空条件下，以0.5nm/s速率实现Alq3无定形膜的制备，衬底的温度控制在320K。
(Ⅱ)利用双层加热退火法对已制备的Alq3无定形膜层处理。退火温度为573K，退火时间为30分钟，退火后基底冷却至室温，时间为15分钟。
(Ⅲ)利用氧等离子体方法对已制备的Alq3结晶层处理，制备缺陷诱导有机晶相膜层40。氧等离子体功率为10mW，气体流量为15ppm，处理时间为360秒。
4、利用热蒸镀方法制备厚度为5nm的N型无定形膜层20，该N型无定形膜层20材料为三氧化钼。在2.5*10-4Pa真空条件下，以0.05nm/s速率实现N型无定形膜层20的制备，衬底温度控制在320K；
5、利用热蒸镀方法制备厚度为100nm的Al电极层。在2.5*10-4Pa真空条件下，以0.5nm/s速率实现Al电极层的制备，衬底温度控制在320K。
性能测试：在AM l.5，100 mW/cm2标准光强的照射下，有机晶体太阳能电池器件的开路电压0.98 V，短路电流8.7 mA，填充因子0.65，效率为5.44 %。
实施例4：
原料：氧化铟锡衬底50、Al电极层、Alq3、Liq。
制备方法：
1、选择方块电阻是15Ω，透过率在83%的氧化铟锡导电玻璃作为衬底；
2、利用旋涂方法沉积厚度为10nm的P型无定形膜层30，该P型无定形膜层30为s-MoO3层，旋涂速度为2000rpm，旋涂时间30s；
3、制备厚度为500nm的缺陷诱导有机晶相膜层40包括：
(I)利用热蒸镀方法沉积厚度为1000nm的Alq3：Liq无定形掺杂膜，Liq的掺杂浓度为10%。在2.5*10-4Pa真空条件下，Alq3和Liq分别以0.5 nm/s和0.05 nm/s速率实现无定形层掺杂膜的制备，衬底温度控制在320K。
(Ⅱ)利用双层加热退火法对已制备的Alq3：Liq无定形膜处理，制备缺陷诱导有机晶相膜层40。退火温度为573K，退火时间为30分钟，退火后衬底冷却至室温，时间为15分钟。
4、利用蒸镀方法制备厚度为10nm的N型三氧化钼层。2.5*10-4Pa真空条件下，以0.05nm/s速率实现N型三氧化钼层的制备，衬底温度控制在320K。
5、利用热蒸镀方法制备100nm厚的Al电极层。在2.5*10-4Pa真空条件下，以0.5nm/s速率实现Al电极层的制备，衬底温度控制在320K。
性能测试：在AM l.5, 100 mW/cm2标准光强的照射下，有机晶体太阳能电池器件的开路电压1.1 V，短路电流8.5 mA，填充因子0.71，效率为6.65 %。
实施例5：
原料：氧化铟锡衬底50、Al电极层、Alq3、Gaq3。
制备方法：
1、选择方块电阻是10Ω，透过率在78%的氧化铟锡导电玻璃作为衬底；
2、利用旋涂方法制备厚度为5nm的P型无定形膜层30，该P型无定形膜层30为s-MoO3层，旋涂速度为2000rpm，旋涂时间30s；
3、制备厚度为300nm的缺陷诱导有机晶相膜层40包括：
(I)利用热蒸镀方法沉积厚度为800nm的Alq3：Gaq3无定形掺杂膜，Gaq3掺杂浓度为10%。在2.5*10-4Pa真空条件下，Alq3和Gaq3分别以0.5 nm/s和0.05 nm/s速率实现无定形层掺杂膜的制备，基底温度控制在320K；
(Ⅱ)利用双层加热退火方法对已制备的Alq3：Gaq3无定形膜处理，制备缺陷诱导有机晶相膜层40，退火温度为573K，退火时间为30分钟，退火后衬底冷却至室温，时间为15分钟；
4、利用蒸镀方法制备厚度为5nm的N型三氧化钼层。在2.5*10-4Pa真空条件下，以0.05nm/s速率实现N型三氧化钼层的制备，基底温度控制在320K；
5、利用热蒸镀方法制备厚度为100nm的Al电极层。在2.5*10-4Pa真空条件下，以0.5nm/s速率实现Al电极层的制备，衬底温度控制在320K。
性能测试：在AM l.5, 100 mW/cm2标准光强的照射下，有机晶体太阳能电池器件的开路电压1.2 V，短路电流8.9 mA，填充因子0.7，效率为7.49 %。
实施例6：
原料：氧化铟锡衬底50、Al电极层、Alq3、Inq3。
制备方法：
1、选择方块电阻是15Ω，透过率在83%的氧化铟锡导电玻璃作为衬底。
2、利用旋涂方法制备厚度为10nm的P型无定形膜层30，该P型无定形膜层30为s-MoO3层，旋涂速度为2000rpm，旋涂时间30s；
3、制备厚度为500nm的缺陷诱导有机晶相膜层40包括：
(I)利用热蒸镀方法沉积厚度为1000nm的Alq3：Inq3无定形掺杂膜，Inq3的掺杂浓度为10%。在2.5*10-4Pa真空条件下，Alq3和Inq3分别以0.5 nm/s和0.05 nm/s速率实现Alq3：Inq3无定形掺杂膜的制备，衬底温度控制在320K。
(Ⅱ)利用双层加热退火方对已制备的Alq3：Inq3无定形掺杂膜处理，制备缺陷诱导有机晶相膜层40，退火温度为573K，退火时间为30分钟，退火后衬底冷却至室温，时间为15分钟。
4、利用蒸镀方法制备厚度为10nm的N型三氧化钼层。在2.5*10-4Pa真空条件下，以0.05nm/s速率实现N型无定形膜层20的制备，衬底温度控制在320K。
5、利用热蒸镀方法制备400nm厚的Al电极层。在2.5*10-4Pa真空条件下，以0.5nm/s速率实现Al电极层的制备，衬底温度控制在320K。
性能测试：在AM l.5，100 mW/cm2标准光强的照射下，有机晶体太阳能电池器件的开路电压1.25 V，短路电流9.3 mA，填充因子0.68，效率为7.91 %。
实施例7：
原料：客体材料Alq3和主体材料Liq
制备方法为双层加热退火法：
1）在惰性环境中，将由客体材料Alq3和主体材料Liq共蒸制备的两片金属配合物无定形掺杂膜面对面叠放后，放置于密闭的热台上；
2）将叠放的金属配合物无定形掺杂膜加热至300℃，退火25分钟；
3）停止加热，在氮气环境中冷却到室温，得到缺陷诱导的有机晶体材料。
产品性能测试：由于Alq3客体材料与主体材料Liq在配体结构上具有相同的结构，客体材料和主体材料的配体是羟基喹啉；客体材料是轻金属Al，主体材料是轻金属Li，晶体缺陷对于主体材料的Li来说，客体材料的Al足够大，掺杂晶体由于客体材料分子的存在，晶格发生了扩张，所以掺杂引入的Alq3会在Liq的晶体结构中形成点缺陷，点缺陷周围的分子晶格发生形变，诱导分子自旋-轨道耦合，使所得到的缺陷诱导有机晶体材料具有区别于本体有机分子的光学及电学特性。另外，通过混合气相分子热结晶行为以及对金属配合物无定形掺杂膜中客体材料Alq3掺杂浓度的调控，得到不同缺陷比例的Alq3掺杂Liq有机晶体材料，该有机晶体材料的光电性质通过晶体缺陷工程成功地得到了调节，使得原本禁阻的三线态能级活化，具有与单线态能级类似的电子跃迁及传输属性。
实施例8：
原料：客体材料Liq和主体材料Alq3
制备方法为双层加热退火法：
1）采用真空蒸镀法，在基底（包括玻璃、硅片等）制备厚度为1000nm和掺杂浓度为50%的金属配合物无定形膜；
2）将由客体材料Liq和主体材料Alq3共蒸制备的两片金属配合物无定形掺杂膜面对面叠放后，放置于密闭的热台上；
3）调节基底的压力为50N，且在随后的加热过程中继续保持足够的内部压力；
4）将叠放的金属配合物无定形掺杂膜加热至500℃，退火60分钟；
5）停止加热，在氮气环境中冷却到室温，得到缺陷诱导的有机晶体材料。
产品性能测试：由于Liq客体材料与主体材料Alq3在配体结构上具有相同的结构，客体材料和主体材料的配体是羟基喹啉；虽然主体材料和客体材料的金属配合物的原子半径相近，客体材料是轻金属Li，主体材料是轻金属Al，晶体缺陷对于主体材料的Al来说，客体材料的Li足够小，在掺杂晶体中缺陷附近的晶格会收缩，所以掺杂引入的Liq会在Alq3的晶体结构中形成点缺陷，点缺陷周围的分子晶格发生形变，诱导分子自旋-轨道耦合，使所得到的缺陷诱导有机晶体材料具有区别于本体有机分子的光学及电学特性。另外，通过混合气相分子热结晶行为(加热至500℃，退火60分钟)以及对金属配合物无定形掺杂膜中客体材料Liq掺杂浓度50%的调控，得到缺陷比例确定的Liq掺杂Alq3有机晶体材料，该有机晶体材料的光电性质通过晶体缺陷工程成功地得到了调节，使得原本禁阻的三线态能级活化，具有与单线态能级类似的电子跃迁及传输属性。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (18)

1.一种有机晶体太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在氧化铟锡衬底上制备P型无定形膜层；
在所述P型无定形膜层上制备有机晶相膜层；
在所述有机晶相膜层上制备N型无定形膜层；
在所述N型无定形膜层上制备金属电极层；
得到有机晶体太阳能电池器件本体；
其中，在所述P型无定形膜层上制备有机晶相膜层包括以下步骤：
利用热蒸镀法制备无定形膜，将所述无定形膜利用双层加热退火法制备有机结晶膜层，利用氧等离子体方法对所述有机结晶膜层进行处理得到有机晶相膜层，所述氧等离子体的作用是诱导有机分子在晶格结构上的适度扭曲，对有机结晶膜层进行活化。
2.如权利要求1所述的有机晶体太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，利用旋涂法制备所述P型无定形膜层。
3.如权利要求1所述的有机晶体太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，利用蒸镀法或溅射法制备所述金属电极层。
4.如权利要求1所述的有机晶体太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，利用热蒸镀法制备所述N型无定形膜层。
5.如权利要求1所述的有机晶体太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，所述氧等离子体方法包括：设置氧等离子体功率为10-50mW。
6.如权利要求1所述的有机晶体太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，所述有机晶体太阳能电池器件本体包括：氧化铟锡衬底，所述氧化铟锡衬底上依次设有P型无定形膜层、有机晶相膜层、N型无定形膜层、金属电极层。
7.如权利要求1所述的有机晶体太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，所述有机晶相膜层选自八羟基喹啉类金属配合物膜层。
8.如权利要求7所述的有机晶体太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，所述八羟基喹啉类金属配合物选自Erq3、Gaq3、Inq3、Alq3中的一种。
9.如权利要求1所述的有机晶体太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，所述有机晶相膜层选自主体材料为第一金属与第一配体，客体材料为第二金属与第二配体的配合物膜层；并且，所述第一金属与所述第二金属的金属原子序数之差≥10，所述第一配体与所述第二配体相同或具有空间上相似的结构。
10.如权利要求9所述的有机晶体太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，所述第一金属选自Li、Be、Al中的一种，且所述第二金属选自Al、Zn、Ga、Os、Er、Ir、Pt、Re、Ru中的一种；或者，所述第一金属选自Al、Zn、Ga、Os、Er、Ir、Pt、Re、Ru中的一种，且所述第二金属选自Li、Be、Al中的一种。
11.如权利要求9所述的有机晶体太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，所述第一配体和/或所述第二配体为8-羟基喹啉类、羟基苯并噻唑类、羟基苯并恶唑类、酚基吡啶类、多联吡啶类或苯基吡啶类中的一种。
12.如权利要求1所述的有机晶体太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，所述P型无定形膜层的厚度为5-10nm。
13.如权利要求1所述的有机晶体太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，所述有机晶相膜层的厚度为300-500nm。
14.如权利要求1所述的有机晶体太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，所述N型无定形膜层的厚度为5-10nm。
15.如权利要求1所述的有机晶体太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，所述金属电极层的厚度为100-400nm。
16.如权利要求1所述的有机晶体太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，所述金属电极层选自Al、Ag、Mg膜层中的一种。
17.如权利要求1所述的有机晶体太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，所述P型无定形膜层和/或所述N型无定形膜层选自三氧化钼膜层或二硫化钼膜层中的一种。
18.一种光电设备，其特征在于，包括如权利要求1至17任一项所述方法制备得到的有机晶体太阳能电池器件。
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