TWI618093B - 具備高熱穩定性效能之有機太陽能電池之製備方法 - Google Patents

具備高熱穩定性效能之有機太陽能電池之製備方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI618093B
TWI618093B TW105141352A TW105141352A TWI618093B TW I618093 B TWI618093 B TW I618093B TW 105141352 A TW105141352 A TW 105141352A TW 105141352 A TW105141352 A TW 105141352A TW I618093 B TWI618093 B TW I618093B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
solar cell
layer
organic solar
preparing
solution
Prior art date
Application number
TW105141352A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201822222A (zh
Inventor
黃裕清
宋運明
查厚錦
余政霖
顏嘉德
鍾翠芸
陳政佑
盧德翰
莊智閔
林永德
曹正熙
Original Assignee
行政院原子能委員會核能研究所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 行政院原子能委員會核能研究所 filed Critical 行政院原子能委員會核能研究所
Priority to TW105141352A priority Critical patent/TWI618093B/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI618093B publication Critical patent/TWI618093B/zh
Publication of TW201822222A publication Critical patent/TW201822222A/zh

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

本發明係提供一種具備高熱穩定性效能之有機太陽能電池之製備方法，該製備方法係將金屬氧化物進行改質後，再以溶液塗佈的方式製備電洞傳導層，取代習知熱蒸鍍法，且該電洞傳導層不需進行高溫燒結。該溶液塗佈之金屬氧化物除了本身之金屬原子不易於高溫下熱擴散進入主動層之外，其塗佈膜層亦具有較佳緻密度，能降低上面金屬電極之金屬原子於高溫下熱擴散進入主動層之機率，以提高太陽能電池之熱穩定性，並使太陽能電池之電流及效能較穩定。

Description

具備高熱穩定性效能之有機太陽能電池之製備方法
本發明係有關於一種太陽能電池之製備方法，尤指製備一種具備高熱穩定性效能之有機太陽能電池。
能源短缺是未來亟待解決的重要議題，目前世界各主要國家正積極尋找再生能源，如:太陽能或風能，來取代傳統石化燃料。其中，由於太陽能具有取之不盡且發電不會有額外的廢棄物之高安全性優點，故太陽能技術為目前世界主要工業國積極投入研發的重點工業。
而，太陽能電池技術中，有機太陽能電池有由於具有製程簡單、成本低廉，且具有透光性以及能與可撓式基板相結合的優點，因此逐漸受到注目。
目前有機太陽電池的元件效率已有大幅度的突破，最高元件效率可突破11%，具備商業化之潛力。除了考慮元件發電效率外，元件之壽命與穩定性也是決定能否真正實際應用的重大關鍵。有機太陽電池主要結構包含透明電極層、電子傳導層、主動層、電洞傳導層與金屬電極層；目前在改善有機太陽電池元件壽命上，藉由控制有機太陽電池主動層膜之結構與形貌，已成功取得長足的進步，但是在於其他膜層受到熱效應之影響卻鮮少著墨。有機太陽能電池之電洞傳導層主要功能為協助傳導電洞至陽極，於光電轉換的過程中扮演重要的角色。
然而，以習用之熱蒸鍍金屬氧化物作為電洞傳導層，可能因長時間暴露於高溫之下，而使得金屬原子擴散進入主動層破壞主動層結構，並產生熱中斷(heat shut down)之現象，導致有機太陽能電池效率大幅降低。因此，本發明提出一種有機太陽能電池之結構，解決習知技術之困境。
習知以熱蒸鍍金屬氧化物作為電洞傳導層所具有的缺點： 1. 習知以熱蒸鍍法製備電洞傳導層，由於是以高真空熱蒸鍍之方式製備，雖然沉積之金屬氧化物薄膜較為緻密，但是高真空需耗時耗能，成了快速量產製程之限制。 2. 習知以熱蒸鍍法製備電洞傳導層，係以熔解金屬氧化物粉末，使其變成蒸氣後沉積於主動層上，由於該蒸氣具有極高的溫度與能量，在沉積的過程中往往會部分滲入於主動層薄膜中。當電洞傳導層長期暴露於高溫下，其中之金屬原子會擴散滲入主動層中破壞其結構，而導致元件效率的下降。
故，本發明針對於習知技術之缺點進行改良，而提供一種高熱穩定性之有機太陽能電池之製備方法，其針對於電洞傳導層結構進行改良設計，如此方式能夠減少熱中斷所產生的問題。另外，該電洞傳導層也能進一步利用溶液塗佈的方式製備，使有機太陽能電池能進一步增加未來商業化量產之可行性。
本發明之一目的，在於提供一種具備高熱穩定性效能之有機太陽能電池之製備方法，其電洞傳導層(hole transport layer)係以溶液製作之金屬氧化物膜，如HV 2O 5以及HMoO 3，具有較高的熱穩定性。
本發明之一目的，在於提供一種具備高熱穩定性效能之有機太陽能電池之製備方法，其電洞傳導層(hole transport layer)係以溶液塗佈的方式製成且不需額外之熱處理，相較於習知以熱蒸鍍的方式，其可一次大面積塗佈以形成電洞傳導層，具有較佳的製程速率及較低的製程成本。
本發明提供一種太陽能電池，其係包含步驟：提供一基板；設置一導電層於該基板上；設置一電子傳導層(electron transport layer)於該導電層上；設置一有機材料層於該電子傳導層上；取一HV 2O 5溶液或一HMoO 3溶液，並以溶液塗佈法將該HV 2O 5溶液或該HMoO 3溶液塗佈於該有機材料層上，形成一電洞傳導層(hole transport layer)；及設置一電極於該電洞傳導層之部分區域上。
本發明提供一實施例，在於揭露該導電層之材料係選自於氧化銦錫(ITO)。
本發明提供一實施例，在於揭露該電子傳導層之材料係選自於氧化鋅、鋁摻雜之氧化鋅、導電高分子或其組合。
本發明提供一實施例，在於揭露該有機材料層之材料選自於低能隙高分子與富勒烯衍生物或其組合。
本發明提供一實施例，在於揭露該電極之材料係選自於銀、金。
本發明提供一實施例，在於揭露該溶液塗佈法之反應溫度為室溫。
為使　貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：
請參閱第1圖、第2圖，其為本發明之太陽能電池之製備方法流程示意圖、本發明之太陽能電池之第一實施例之示意圖及本發明之太陽能電池之另一實施例之示意圖。如圖所示，本發明之太陽能電池之製備方法係包含步驟：
步驟S10：提供一基板；
步驟S12：設置一導電層於該基板上；
步驟S14：設置一電子傳導層(electron transport layer)於該導電層上；
步驟S16：設置一有機材料層於該電子傳導層上；
步驟S18：取一HV 2O 5溶液或一HMoO 3溶液，並以一溶液塗佈法將該HV 2O 5溶液或該HMoO 3溶液塗佈於該有機材料層上，形成一電洞傳導層(hole transport layer)；及
步驟S20：設置一電極於該電洞傳導層之部分區域上。
請接續參閱第2圖。如圖所示，本實施例為一種太陽能電池10，該太陽能電池10作為提供面板光源之功用。該有機太陽能電池10係包含一基板100、一導電層102、一電子傳導層104、一有機材料層106、一電洞傳導層108及一電極110，設置於該電洞傳導層108之部分區域上。
本發明係依據上述之太陽能電池之製備方法製備以獲得該有機太陽能電池10，其係針對於習知技術之缺點進行改良，習知技術係以高真空熱蒸鍍之方式製備，高真空熱蒸鍍之方式是以熔解金屬氧化物粉末以及金屬錠塊，使其變成蒸氣後沉積於薄膜上，由於該蒸氣具有極高的溫度與能量，在沉積的過程中往往會部分滲入於主動層薄膜中，雖然沉積之金屬氧化物薄膜層較為緻密，但是高真空需耗時耗能，成了快速量產製程之限制，且高真空熱蒸鍍之方式會讓該沉積之金屬氧化物滲入主動層中，若電洞傳導層長期暴露於高溫下，金屬原子會進一步擴散入主動層中並破壞其結構，因而導致太陽能電池之元件效率下降。
近年來，基於傳統順式有機太陽能電池的元件劣化問題，而發展出反式有機太陽能電池，其結構簡示如第1圖所示。反式有機太陽能電池之電極一般採用功函數較高的金或銀金屬，電洞傳導層則以金屬氧化物所製備，同時電子傳導層之材料係選自於氧化鋅、鋁摻雜之氧化鋅、導電高分子或其組合。在電荷分離後的電子經電子傳導層傳送至導電層；電洞則往金屬電極傳遞。
其中，該電洞傳導層之功能在於，使分離的電洞有效的經由該電洞傳導層流至該導電層，並且阻絕電子流至陽極，進而提升電池的效能。基於上述之原由，本發明選用五氧化二釩或三氧化鉬為製造該電洞傳導層之材料。如步驟S18所示，其係先取得五氧化二釩或三氧化鉬，由於五氧化二釩或三氧化鉬為結晶型態，較難均勻分散於溶劑中，為了能提升該電洞傳導層之緻密度，並提升該電洞傳導層與該有機材料層之間的親和性，本發明將以釩粉和鉬粉進行反應以獲得改質之HV 2O 5或HMoO 3，再將HV 2O 5或HMoO 3溶解於醇類溶劑中均勻混合成一金屬氧化物溶液，再以溶液塗佈的方式形成於該有機材料層上。
以溶液塗佈方式製備之金屬氧化物層作為電洞傳導層，可大幅度降低有機太陽電池長期暴露於高溫下所導致之元件效率下降，且其元件之短路電流亦較習知以熱蒸鍍法製備之氧化鉬作為電洞傳導層穩定，可有效的提升有機太陽電池於高溫下之熱穩定性。如第3圖所示，其為本發明之太陽能電池之時間對歸一化轉換效率之示意圖，本發明之太陽能電池在空氣環境與氮氣環境下，歸一化轉換效率相近，因此有利於一般環境中進行光電轉換。
如第4圖所示，太陽能電池使用習知熱蒸鍍技術形成電洞傳導層與本發明技術形成電洞傳導層，所造成之歸一化轉換效率在攝氏85度狀態下，兩者所產生之歸一化轉換效率差異較為明顯。太陽能電池關鍵因數在於歸一化轉換效率，其運算子之關鍵在於短路電流密度Jsc、開路電壓V OC與填充因數FF（Fill factor）。
如第5、6、7圖所示，本發明藉由溶液塗佈形成電洞傳導層所造成之歸一化轉換效率相較於習知熱蒸鍍所形成之電洞傳導層，其中第5圖揭露本發明具有較穩定之短路電流密度，而短路電流(Short-Circuit Current)定義為太陽能電池的負載為零時所輸出 的電流，也就是輸出電壓V＝0時所對應的電流，對於太陽能電池而言，即為光電流，因而影響光轉電的效益。
第6圖為揭露太陽能採用本發明溶液塗佈技術所形成之電洞傳導層具有較低之開路電壓，而當太陽能電池開放也就是負載為無限大，此時迴路上的電流I＝0，太陽能電池兩端的輸出電壓即為開路電壓V OC。
如第7圖所示，填充因數FF（Fill factor）為最大功率矩形面積除以短路電流及開路電壓之乘積，填充因數在於去除串聯電阻與漏電流的影響所獲得的因數。
綜合上述，本發明提供一種具備高熱穩定性效能之有機太陽能電池之製備方法，其電洞傳導層係以溶液塗佈的方式，將HV 2O 5溶液或HMoO 3溶液塗佈於有機材料層上，取代傳統熱蒸鍍的方法，且不需進行燒結。該溶液塗佈之金屬氧化物有較佳之緻密度，因而能降低金屬原子於高溫下熱擴散進入主動層之機率，以提高太陽能電池之熱穩定性，並使電池之短路電流及效能較習知技術穩定。
由上述可知，本發明確實已經達於突破性之結構，而具有改良之發明內容，同時又能夠達到產業上利用性與進步性，當符合專利法之規定，爰依法提出發明專利申請，懇請　鈞局審查委員授予合法專利權，至為感禱。
10‧‧‧太陽能電池
100‧‧‧基板
102‧‧‧導電層
104‧‧‧電子傳導層
106‧‧‧有機材料層
108‧‧‧電洞傳導層
110‧‧‧電極
第1圖：其為本發明之太陽能電池之製備方法流程示意圖； 第2圖：其為本發明之太陽能電池之一實施例之示意圖； 第3圖：其為本發明之太陽能電池在氮氣與空氣下之時間對歸一化轉換效率之示意圖； 第4圖：其為本發明與習知技術之太陽能電池於氮氣高溫85度下之時間對歸一化轉換效率之示意圖； 第5圖：其為本發明之太陽能電池之時間對短路電流密度(Jsc)之示意圖； 第6圖：其為本發明之太陽能電池之時間對開路電壓(Voc)之示意圖；以及 第7圖：其為本發明之太陽能電池之時間對填充因數(FF)之示意圖。

Claims (6)

  1. 一種具備高熱穩定性效能之有機太陽能電池之製備方法，其係包含步驟：提供一基板；設置一導電層於該基板上；設置一電子傳導層(electron transport layer)於該導電層上；設置一有機材料層於該電子傳導層上；取一HV2O5溶液或一HMoO3溶液，並以一溶液塗佈法將該HV2O5溶液或該HMoO3溶液塗佈於該有機材料層上，形成一電洞傳導層(hole transport layer)；及設置一電極於該電洞傳導層之部分區域上。
  2. 如專利範圍第1項所述之具備高熱穩定性效能之有機太陽能電池之製備方法，其中該導電層之材料係選自於氧化銦錫(ITO)。
  3. 如專利範圍第1項所述之具備高熱穩定性效能之有機太陽能電池之製備方法，其中該電子傳導層之材料係選自於氧化鋅、鋁摻雜之氧化鋅、導電高分子或其組合。
  4. 如專利範圍第1項所述之具備高熱穩定性效能之有機太陽能電池之製備方法，其中該有機材料層之材料選自於高分子材料與富勒烯衍生物或其組合。
  5. 如專利範圍第1項所述之具備高熱穩定性效能之有機太陽能電池之製備方法，其中該電極之材料係選自於銀、金。
  6. 如專利範圍第1項所述之具備高熱穩定性效能之有機太陽能電池之製備方法，其中該溶液塗佈法之反應溫度為室溫。
TW105141352A 2016-12-14 2016-12-14 具備高熱穩定性效能之有機太陽能電池之製備方法 TWI618093B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW105141352A TWI618093B (zh) 2016-12-14 2016-12-14 具備高熱穩定性效能之有機太陽能電池之製備方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW105141352A TWI618093B (zh) 2016-12-14 2016-12-14 具備高熱穩定性效能之有機太陽能電池之製備方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI618093B true TWI618093B (zh) 2018-03-11
TW201822222A TW201822222A (zh) 2018-06-16

Family

ID=62189350

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105141352A TWI618093B (zh) 2016-12-14 2016-12-14 具備高熱穩定性效能之有機太陽能電池之製備方法

Country Status (1)

Country Link
TW (1) TWI618093B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201005020A (en) * 2008-07-22 2010-02-01 Du Pont Aqueous dispersions of electrically conducting polymers containing inorganic nanoparticles
CN101834006A (zh) * 2010-04-27 2010-09-15 武汉理工大学 一种MoO3与有序介孔碳复合电极材料及其制备方法
TW201624738A (zh) * 2014-11-21 2016-07-01 赫瑞斯德國有限兩合公司 鈣鈦礦太陽能電池中之ｐｅｄｏｔ
TW201634461A (zh) * 2015-01-29 2016-10-01 Toray Industries 啡啉衍生物、含有其的電子裝置、發光元件、光電轉換元件及影像感測器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201005020A (en) * 2008-07-22 2010-02-01 Du Pont Aqueous dispersions of electrically conducting polymers containing inorganic nanoparticles
CN101834006A (zh) * 2010-04-27 2010-09-15 武汉理工大学 一种MoO3与有序介孔碳复合电极材料及其制备方法
TW201624738A (zh) * 2014-11-21 2016-07-01 赫瑞斯德國有限兩合公司 鈣鈦礦太陽能電池中之ｐｅｄｏｔ
TW201634461A (zh) * 2015-01-29 2016-10-01 Toray Industries 啡啉衍生物、含有其的電子裝置、發光元件、光電轉換元件及影像感測器

Also Published As

Publication number Publication date
TW201822222A (zh) 2018-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Insights into the development of monolithic perovskite/silicon tandem solar cells
Zhao et al. Device simulation of inverted CH3NH3PbI3− xClx perovskite solar cells based on PCBM electron transport layer and NiO hole transport layer
Lu et al. TiO2 electron transport bilayer for highly efficient planar perovskite solar cell
Ke et al. Efficient fully-vacuum-processed perovskite solar cells using copper phthalocyanine as hole selective layers
Huang et al. Low-temperature processed SnO2 compact layer by incorporating TiO2 layer toward efficient planar heterojunction perovskite solar cells
Ke et al. Cooperative tin oxide fullerene electron selective layers for high-performance planar perovskite solar cells
Batmunkh et al. Nanocarbons for mesoscopic perovskite solar cells
Fernandes et al. Nb2O5 hole blocking layer for hysteresis-free perovskite solar cells
Zhao et al. Simplification of device structures for low-cost, high-efficiency perovskite solar cells
Moon et al. Printable, wide band-gap chalcopyrite thin films for power generating window applications
Peng et al. Scalable, efficient and flexible perovskite solar cells with carbon film based electrode
Hossain et al. Achieving above 24% efficiency with non-toxic CsSnI 3 perovskite solar cells by harnessing the potential of the absorber and charge transport layers
Husainat et al. Simulation and analysis method of different back metals contact of CH3NH3PbI3 perovskite solar cell along with electron transport layer TiO2 using MBMT-MAPLE/PLD
CN101814553A (zh) 光辅助方法制备铜铟镓硒薄膜太阳电池光吸收层
WO2021047673A1 (zh) 碲化镉太阳能电池及其制备方法
Liu et al. An effective TiO2 blocking layer for hole-conductor-free perovskite solar cells based on carbon counter electrode
TW201121114A (en) Inverted organic solar cell and method for manufacturing the same
Li et al. A contact study in hole conductor free perovskite solar cells with low temperature processed carbon electrodes
Chan et al. High-performance perovskite solar cells based on low-temperature processed electron extraction layer
KR20200048037A (ko) 페로브스카이트 태양전지 및 그 제조방법
Che et al. F-doped TiO2 compact film for high-efficient perovskite solar cells
CN209963073U (zh) 一种新型高效率双面入光CdTe钙钛矿叠层光伏电池
KR100785954B1 (ko) 에너지 변환 효율이 개선된 유기 광기전력 장치 및 이의제조 방법
TWI618093B (zh) 具備高熱穩定性效能之有機太陽能電池之製備方法
TWI529990B (zh) Production method of trans - type large area organic solar cell