CN208781890U - 一种有序异质结光伏器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种有序异质结光伏器件，有序异质结光伏器件由上至下依次为负极层、界面修饰层、光伏活性层、空穴阻挡层、正极层以及衬底，光伏活性层包括有机层和无机层，无机层为垂直于衬底的、有序的纳米棒阵列，有机层填充并覆盖纳米棒阵列，有机层的顶面与衬底平行，纳米棒阵列中的纳米棒高度为300‑500nm，直径为50‑100nm，纳米棒之间的间隔为60‑80nm，本实用新型的纳米棒阵列与有机层互相穿插形成有序网络结构，可以保证具有较大的光生激子解离面，同时还可以让解离生成的电子和空穴分别在两个传输通道中进行输运，避免了载流子在给体材料颗粒和受体材料颗粒之间跳跃传输，有效地降低电荷复合几率，从而能够获得较高的光电转换效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光伏器件，特别是一种有序异质结光伏器件。
背景技术
太阳能作为一种新型的可再生能源，被认为是新能源中最有发展前途的一种而受到越来越多的关注和研究，光伏技术直接将太阳光转换为电能，并且不会产生噪音、有毒废弃物或温室气体，因此被视为一种很有吸引力的新能源技术。有机-无机复合光伏器件由于结合了有机材料与无机材料两者的优点，被认为是比较理想的光伏器件结构，其工作原理如图1所示：在太阳光的照射下，光伏器件活性层中的有机聚合物材料受到入射光的激发，将光子吸收转换成激子（电子空穴对），激子扩散到给体受体异质结界面时分解成能够自由移动的电子和空穴，然后在电场的作用下，电子空穴向电极漂移扩散从而对外输出电流。
有机-无机复合光伏器件的结构包括有：一是双层异质结结构，此结构能够保证吸收足够的入射光，但是其局限在于光生激子解离面面积太小；二是混合本体异质结结构，此结构光生激子解离面面积比较大，但是无机材料与有机材料的溶解性质差异较大，导致此结构的制备工艺较为复杂。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种结构简单、光电转换效率好的有序异质结光伏器件。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种有序异质结光伏器件，由上至下依次为负极层、界面修饰层、光伏活性层、空穴阻挡层、正极层以及衬底。
所述光伏活性层包括有机层和无机层，所述无机层为垂直于所述衬底的、有序的纳米棒阵列，所述有机层填充并覆盖所述纳米棒阵列，所述有机层的顶面与所述衬底平行，所述纳米棒阵列中的纳米棒高度为300-500nm，直径为50-100nm，纳米棒之间的间隔为60-80nm。
所述负极层的厚度为100-150 nm。
所述界面修饰层的厚度为10-50 nm。
所述空穴阻挡层的厚度为10-30 nm。
本实用新型的有益效果是：纳米棒阵列与有机层两者互相穿插形成有序网络结构，可以保证具有较大的光生激子解离面，同时还可以让解离生成的电子和空穴分别在两个传输通道中进行输运，避免了载流子在给体材料颗粒和受体材料颗粒之间跳跃传输，有效地降低电荷复合几率，从而能够获得较高的光电转换效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是有机-无机复合光伏器件的原理示意图；
图2是本实用新型的结构示意图之一；
图3是本实用新型的结构示意图之二；
图4是苝类液晶PE-TP的分子结构示意图；
图5是实施例1、实施例2、实施例3与对照组的电流电压I-V曲线。
具体实施方式
参照图1至图5，一种有序异质结光伏器件，由上至下依次为负极层1、界面修饰层2、光伏活性层、空穴阻挡层3、正极层4以及衬底5。所述负极层1为Au薄膜，厚度为100-150nm；所述界面修饰层2为MoO3薄膜，厚度为10-50 nm；所述光伏活性层包括有机层6和无机层；所述空穴阻挡层3为ZnO薄膜，厚度为10-30 nm；所述正极层4为FTO电极；衬底5为玻璃衬底。
更进一步地说，所述有机层6由苝类液晶沉积而成，苝类液晶为分子面朝上垂直取向，本实用新型利用苝类液晶分子自组装的特性形成电子传输通道，作为空穴传输材料，苝类液晶同时也是光子吸收材料，因此本实用新型不需要额外添加光敏剂，简化了光伏器件结构，也降低了制备成本。以下实施例均采用苝类液晶PE-TP，其分子结构如图4所示。
更进一步地说，所述无机层为垂直于所述衬底5的、有序的纳米棒阵列7，以下实施例均是ZnO纳米棒阵列，所述有机层6填充并覆盖所述纳米棒阵列7，所述有机层6的顶面与所述衬底5平行，所述纳米棒阵列7中的纳米棒高度为300-500nm，直径为50-100nm，纳米棒之间的间隔为60-80nm。如图3所示，纳米棒阵列7与有机层6互相穿插形成有序网络结构，可以保证具有较大的光生激子解离面，同时还可以让解离生成的电子和空穴分别在两个传输通道中进行输运，避免了载流子在给体材料颗粒和受体材料颗粒之间跳跃传输，有效地降低电荷复合几率，从而能够获得较高的光电转换效率。
实施例1：
一种有序异质结光伏器件，由上至下依次为负极层1、界面修饰2层、光伏活性层、空穴阻挡层3、正极层4以及衬底5。所述负极层1为厚度100 nm 的Au薄膜；所述界面修饰层2为厚度10nm的 MoO3薄膜；所述光伏活性层包括有机层6和无机层；所述空穴阻挡层3为厚度10 nm的 ZnO薄膜；所述正极层4为FTO电极；衬底5为玻璃衬底。
所述无机层为垂直于所述衬底5的、有序的ZnO纳米棒阵列，所述有机层6填充并覆盖所述ZnO纳米棒阵列，所述有机层6的顶面与所述衬底5平行，所述有机层6由苝类液晶PE-TP制成，所述ZnO纳米棒阵列中的纳米棒高度为400nm，直径为50nm，纳米棒之间的间隔为60nm。
实施例2：
一种有序异质结光伏器件，由上至下依次为负极层1、界面修饰层2、光伏活性层、空穴阻挡层3、正极层4以及衬底5。所述负极层1为厚度150 nm 的Au薄膜；所述界面修饰层2为厚度50nm的 MoO3薄膜；所述光伏活性层包括有机层6和无机层；所述空穴阻挡层3为厚度30 nm的 ZnO薄膜；所述正极层4为FTO电极；衬底5为玻璃衬底。
所述无机层为垂直于所述衬底5的、有序的ZnO纳米棒阵列，所述有机层6填充并覆盖所述ZnO纳米棒阵列，所述有机层6的顶面与所述衬底5平行，所述有机层6由苝类液晶PE-TP制成，所述ZnO纳米棒阵列中的纳米棒高度为500nm，直径为75nm，纳米棒之间的间隔为70nm。
实施例3：
一种有序异质结光伏器件，由上至下依次为负极层1、界面修饰2层、光伏活性层、空穴阻挡层3、正极层4以及衬底5。所述负极层1为厚度150 nm 的Au薄膜；所述界面修饰层2为厚度50nm的 MoO3薄膜；所述光伏活性层包括有机层6和无机层；所述空穴阻挡层3为厚度30 nm的 ZnO薄膜；所述正极层4为FTO电极；衬底5为玻璃衬底。
所述无机层为垂直于所述衬底5的、有序的ZnO纳米棒阵列，所述有机层6填充并覆盖所述ZnO纳米棒阵列，所述有机层6的顶面与所述衬底5平行，所述有机层6由苝类液晶PE-TP制成，所述ZnO纳米棒阵列中的纳米棒高度为300nm，直径为100nm，纳米棒之间的间隔为80nm。
以有机层（PE-TP）与无机层（ZnO）均为平面结构的双层异质结光伏器件为对照组，将实施例1、实施例2、实施例3与对照组进行响应数据的比较。在标准光强下，电流电压I-V曲线如图5所示，光电参数如下表所示，所述光电参数包括开路电压（Voc）、短路电流（Jsc）、填充因子（FF）和转化效率（PEC）。
对比实验结果数据可得出实施例1、实施例2和实施例3的光电转换效率均优于对照组的光电转换效率，说明纳米棒阵列与有机层互相穿插形成有序网络结构能够有效地降低电荷复合几率，从而获得较高的光电转换效率。
Claims (4)
1.一种有序异质结光伏器件，由上至下依次为负极层（1）、界面修饰层（2）、光伏活性层、空穴阻挡层（3）、正极层（4）以及衬底（5），其特征在于所述光伏活性层包括有机层（6）和无机层，所述无机层为垂直于所述衬底（5）的、有序的纳米棒阵列（7），所述有机层（6）填充并覆盖所述纳米棒阵列（7），所述有机层（6）的顶面与所述衬底（5）平行，所述纳米棒阵列（7）中的纳米棒高度为300-500nm，直径为50-100nm，纳米棒之间的间隔为60-80nm。
2.根据权利要求1所述的有序异质结光伏器件，其特征在于所述负极层（1）的厚度为100-150 nm。
3.根据权利要求1所述的有序异质结光伏器件，其特征在于所述界面修饰层（2）的厚度为10-50 nm。
4.根据权利要求1所述的有序异质结光伏器件，其特征在于所述空穴阻挡层（3）的厚度为10-30 nm。
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| CN110898672A (zh) * | 2019-10-22 | 2020-03-24 | 浙江省北大信息技术高等研究院 | 多孔薄膜、多孔薄膜的制作方法及电渗微泵装置 |
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