專利名稱：有機薄膜太陽能電池的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種太陽能電池，特別涉及一種內含有機光活性半導體 功能薄膜層的有機薄膜太陽能電池及其幾種實施組裝結構。
背景技術：
目前的太陽能光伏電池技術主要是基于硅半導體的單晶硅、多晶硅和非 晶硅等光伏電池，雖然技術較為成熟，但硅材料制造能耗大、生產(chǎn)成本居高 不下，因而不能大規(guī)模地推廣和應用，特別在發(fā)展中國家。因此，要從根本 上解決人類目前面臨的能源危機，開發(fā)利用巨大的取之不盡的太陽能能源， 就必須設法降低太陽能電池成本，尋找和開發(fā)新一代更廉價和經(jīng)濟的太陽能 電池材料和技術。
目前國際上正興起一股研究和開發(fā)有機導電材料的熱潮，新發(fā)現(xiàn)的一些 有機小分子材料，特別是某些高分子聚合物材料具有良好的半導體特性，與 無機半導體相比，這類有機半導體材料具有成本低、吸收光譜寬，制作工藝 簡單等特點，可以通過真空熱蒸鍍、旋轉涂覆及噴膜印刷等多種方法制作成 耗料極少的薄膜。因此，可以制作出大面積、低成本、輕薄、可卷曲以及可 以方便攜帶的有機薄膜太陽能電池并開發(fā)出多方面的用途。
但目前有機薄膜太陽能電池的光電轉換率還不如無機硅太陽能電池，需 要進一步的提高。有機太陽能電池的光電轉化過程主要包括光子吸收、激 子或稱電子-空穴對擴散、電荷傳輸、電荷收集等四個步驟，其中對總光電轉 化率影響較大的是光的吸收率和激子的擴散率。
發(fā)明內容
為克服有機薄膜太陽能電池目前光電轉化率偏低的缺點，本實用新型通 過對有機太陽能電池的多個部件結構的多種改良設計以及多種結構組合來形 成優(yōu)化方案，可以明顯提高有機太陽能電池的光電轉化效率以及提高光伏電 池實用性的電流輸出和電壓輸出。大大拓展了有機太陽能電池在戶外、野外 等無電力條件下的使用，并可以更廣泛地應用到農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)、煤礦、 地質、石油、海洋、軍事等特殊領域。 本實用新型解決其技術問題所釆用的技術實施方案及有機薄膜太陽能電 池的多種組裝方案如下
技術實施方案A:所提供的有機薄膜太陽能電池包括UV保護層、增透光
層、玻璃或透明塑料基板、透明上電極、有機光活性材料層、金屬下電極、 絕緣隔擋壁及有機和無機材料復合封裝覆蓋層等部件，其特征是在玻璃或 透明塑料基板的上表面上自下而上依次層疊地設置有增透光層和UV保護層，
在玻璃或透明塑料基板下表面設有有機薄膜太陽能電池件，該有機薄膜太陽 能電池件自上而下依次由層疊地設置的透明上電極、有機光活性材料層和金 屬下電極組成，透明上電極和金屬下電極間通過絕緣隔擋壁相阻隔，在有機 薄膜太陽能電池件外包設有一層有機和無機材料復合封裝覆蓋層。實際制作 中，在玻璃或透明塑料基板上表面依次層疊制作上增透光層和UV保護層，然
后再在玻璃或透明塑料基板下表面依次層疊制作出透明上電極、有機光活性 材料層、金屬下電極，上、下電極和光活性有機材料層與引出電極之間設有 一個絕緣隔擋壁，最后再制作上一層有機和無機材料復合封裝覆蓋層就形成 一種新型有機薄膜太陽能電池，見圖2。
技術實施方案B:所提供的有機薄膜太陽能電池包括UV保護層、增透光 層、玻璃或透明塑料基板、透明上電極、有機光活性材料層、金屬下電極、 絕緣隔擋壁及有機和無機材料復合封裝覆蓋層等部件，其特征是在玻璃或 透明塑料基板的上表面上自下而上依次層疊地設置有增透光層和UV保護層，
在玻璃或透明塑料基板下表面設有有機薄膜太陽能電池件，該有機薄膜太陽 能電池件由多個串聯(lián)連接的有機薄膜太陽能電池單元組成，各電池單元自上 而下依次由層疊設置的透明上電極、有機光活性材料層和金屬下電極構成， 各電池單元的透明上電極和金屬下電極間通過絕緣隔擋壁相阻隔，在水平方 向各電池單元的正、負電極首尾相接串聯(lián)，在有機薄膜太陽能電池外包設有 一層有機和無機材料復合封裝覆蓋層。實際制作中，在玻璃或透明塑料基板 上表面依次層疊制作上增透光層和UV保護層，然后再在玻璃或透明塑料基板 下表面依次層疊制作出透明上電極、有機光活性材料層、金屬下電極，上、 下電極和光活性有機材料層與引出電極之間設有一個絕緣隔擋壁，先制成多 個有機薄膜太陽能電池單元，各太陽能電池單元在水平方向上正負電極首尾 相接實現(xiàn)太陽能電池單元的串聯(lián)，最后再制作上一層有機和無機材料復合封 裝覆蓋層就形成一種新型有機薄膜太陽能電池，它具有提高輸出電壓特性， 見圖3。
技術實施方案C:所提供的有機薄膜太陽能電池包括UV保護層、增透光
層、玻璃或透明塑料基板、透明上電極、有機光活性材料層、金屬下電極、
絕緣隔擋壁及有機和無機材料復合封裝覆蓋層等部件，其特征是在玻璃或
透明塑料基板的上表面上自下而上依次層疊地設置有增透光層和uv保護層，
在玻璃或透明塑料基板下表面設有有機薄膜太陽能電池件，該有機薄膜太陽 能電池件由按垂直方向層疊設置的多個并聯(lián)連接的有機薄膜太陽能電池單元 組成，各電池單元均由自上而下層疊設置的透明上電極、有機光活性材料層 和金屬下電極構成，各電池單元的正電極連接在一起，負電極連接在一起并 分別通過引出電極引出，在有機薄膜太陽能電池件外包設有一層有機和無機 材料復合封裝覆蓋層。實際制作中，在玻璃或透明塑料基板上表面依次層疊 制作上增透光層和UV保護層，然后再在玻璃或透明塑料基板下表面依次層疊 制作出透明上電極、有機光活性材料層、金屬下電極，上、下電極和光活性 有機材料層與引出電極之間設有一個絕緣隔擋壁，通過相鄰電極的共用，在 垂直方向上制成出多個層疊的有機薄膜太陽能電池單元，各太陽能電池單元 的正電極連接在一起，負極連接在一起并分別通過不同引出電極引出實現(xiàn)太 陽能電池單元的并聯(lián)，最后再制作上一層有機和無機材料復合封裝覆蓋層就 形成一種新型有機薄膜太陽能電池，它具有提高輸出電流特性，見圖4。


圖1是無機硅太陽能電池的典型結構圖。
圖2是本實用新型組裝結構1，即基本組裝結構圖。
圖3是本實用新型組裝結構2,是基本組裝結構在水平方向正、負電極
首尾相接而形成的串聯(lián)結構圖。
圖4是本實用新型組裝結構3,是基本組裝結構在垂直方向正電極并接
在一起，負電極并接在一起而形成的并聯(lián)結構圖。 圖5是本實用新型的增透光層的結構圖。 圖6是本實用新型的透明上電極的一維、二維和三維結構圖。 圖7是本實用新型的光活性有機材料層的三種結構圖。 圖8是本實用新型的下金屬電極的一種帶有機緩沖層的結構圖。 圖9是本實用新型的有機和無機材料覆蓋保護層的結構圖。
圖io是本實用新型的uv保護層的聚光特性表面結構圖。
01 -玻璃基板
02 -透明電極
03 - P型半導體
04 - N型半導體
05 -金屬電極
1 _增透光層
2 _玻璃或透明塑料基板
3 -透明上電極
4 -光活性有機材料層
5 -金屬下電極
6 -有機和無機材料復合封裝覆蓋層
7 -絕緣隔擋壁
8 -引出電極
9 - UV保護層
11 -低折射率光密媒質
12 -中折射率光密媒質
13 -高折射率光密媒質
31 - —維結構上電極
32 - 二維結構上電極
33 -三維結構上電極
41 -電子受體型和電子給體型混合一體結構光活性有機材料層
42 -電子受體型光活性有機材料層
43 -電子給體型光活性有機材料層
51 -有機緩沖層
52 -金屬下電極
61 -有機材料覆蓋層
62 -無機材料覆蓋層
具體實施方式
以下結合附圖進一步說明本實用新型的各實施例。
有機薄膜太陽能電池組裝結構1實施例
在圖2中，在玻璃或透明塑料基板2的上表面上依次層疊制作出增透光 層1和UV保護層9，然后再在玻璃或透明塑料基板下表面依次層疊制作出透 明上電極3、有機光活性材料層4、金屬下電極5，上、下電極和光活性有機
材料層與引出電極之間設有一個絕緣隔擋壁7,最后再制作上一層有機和無機 材料復合封裝覆蓋層6就形成了所述的一種新型有機薄膜太陽能電池。
本實用新型有機薄膜太陽能電池，成本低，結構緊湊，可靠性高，重量 輕，厚度薄，同時具有多種不同組裝結構的組合性，可以通過不同部件多種
結構的組合來進一步優(yōu)化和最大化有機薄膜太陽能電池的光電轉化率，拓展 了它在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)、煤礦、地質、石油、海洋、軍事等特殊領域的應 用。
有機薄膜太陽能電池組裝結構2實施例
在圖3中，在玻璃或透明塑料基板2的上表面上依次層疊制作上增透光 層1和UV保護層9，然后再在玻璃或透明塑料基板下表面依次層疊制作出透 明上電極3、有機光活性材料層4、金屬下電極5，上、下電極和光活性有機 材料層與引出電極之間設有一個絕緣隔擋壁7，按各太陽能電池單元在水平方 向上正負電極首尾相接的方式制成多個有機薄膜太陽能電池單元，實現(xiàn)太陽 能電池單元的串聯(lián)，最后再制作上一層有機和無機材料復合封裝覆蓋層6就 形成了所述的一種新型有機薄膜太陽能電池。
本實用新型有機薄膜太陽能電池，成本低，結構緊湊，可靠性高，重量 輕，厚度薄，同時具有多種不同組裝結構的組合性，可以通過不同部件多種 結構的組合來進一步優(yōu)化和最大化有機薄膜太陽能電池的光電轉化率，其串 聯(lián)結構還可成倍提高太陽能電池的輸出電壓，拓展了它在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)、 煤礦、地質、石油、海洋、軍事等特殊領域的應用。
有機薄膜太陽能電池組裝結構3實施例
在圖4中，在玻璃或透明塑料基板2的上表面上依次層疊制作上增透光 層1和UV保護層9，然后再在玻璃或透明塑料基板下表面依次層疊制作出透 明上電極3、有機光活性材料層4、金屬下電極5，上、下電極和光活性有機 材料層與引出電極之間設有一個絕緣隔擋壁7，通過相鄰電極的共用，在垂直
方向上制成多個層疊的有機薄膜太陽能電池單元，各太陽能電池單元的正電 極連接在一起，負極連接在一起并分別通過不同引出電極引出實現(xiàn)太陽能電 池單元的并聯(lián)，最后再制作上一層有機和無機材料復合封裝覆蓋層6就形成 了所述的一種新型有機薄膜太陽能電池。
本實用新型有機薄膜太陽能電池，成本低，結構緊湊，可靠性高，重量 輕，厚度薄，同時具有多種不同組裝結構的組合性，可以通過不同部件多種
結構的組合來進一步優(yōu)化和最大化有機薄膜太陽能電池的光電轉化率，其并 聯(lián)結構還可成倍提高電池的輸出電流，拓展了它在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)、煤礦、 地質、石油、海洋、軍事等特殊領域的應用。
增透光層實施例
在圖5中，按從下到上光密到光疏次序，依次層疊高折射率光密媒質13 、 中折射率光密媒質12和低折射率光密媒質11就制成了一個具有減反射光效 果的多層增透光層l,光密媒質的層數(shù)可以是一層到三層。
透明上電極實施例
在圖6中，可以制成一維平面結構電極31式的第一種透明上電極3，或 制成具有'H'形或鋸齒波形等透光間隙的二維平面結構電極32式的第二種 透明上電極3;或制成既具有透光間隙又具有'V'形或半圓形等向下突出嵌 入柱體的三維立體結構電極33式的第三種透明上電極3，以便增加透光性和 增大上電極的接觸面積。
有機光活性材料層實施例
在圖7中，可以將電子受體型光活性有機材料和電子給體型光活性有機 材料相混合成為一體結構的單層41,制成具有單層結構的第一種有機光活性 材料層4;或在電子給體型光活性有機材料層43上疊加一層電子受體型光活 性有機材料層42制成具有雙層結構的第二種有機光活性材料層4;或在電子
給體型光活性有機材料層43上疊加一層由電子受體型和電子給體型光活性有
機材料相混合成為一體結構的單層41后，再疊加上一層電子受體型光活性有 機材料層42制成具有三層結構的第三種有機光活性材料層4。
金屬下電極實施例
在圖8中，可以僅制作一個單一金屬層52作為金屬下電極5;或在金屬 層52上再疊加一層有利于載流子收集的有機緩沖層51制成雙層結構的金屬 下電極5。
有機和無機材料復合封裝覆蓋層實施例
在圖9中，在有機太陽能電池上整體覆蓋一層有機材料層61,再整體覆 蓋上一層致密的無機材料層62就制成了一個有機和無機材料復合封裝覆蓋層 6;或多次重復覆蓋61層和62層形成一個2層以上的高致密和高隔離度的有 機和無機材料復合封裝覆蓋層6。有機材料層61可以是一種有機材料也可以 是不同種有機材料；無機材料層62可以是一種無機材料也可以是不同種無機 材料。有機材料層與無機材料層可以有次序層疊也可以任意組合次序層疊。
uv保護層實施例
在圖10中，在uv保護層的外表面上壓制出許多微小凹坑就制成了既具
有光匯聚特性有具有UV保護性能的UV保護層9。
具體實施中，本實用新型所述有機薄膜太陽能電池各部件的多種不同結 構可以相互組合形成多個優(yōu)化和最大化光電轉化率的有機薄膜太陽能電池優(yōu) 化結構方案，比如，將電池單元的串聯(lián)結構和并聯(lián)結構組合在一起可以形成 既具有提高有機太陽能電池的輸出電壓又具有提高輸出電流的優(yōu)化效果，各 種組合結構不逐一列舉，均屬于本實用新型的發(fā)明范圍。
權利要求1、一種有機薄膜太陽能電池，包括UV保護層(9)、增透光層(1)、玻璃或透明塑料基板(2)、透明上電極(3)、有機光活性材料層(4)、金屬下電極(5)、絕緣隔擋壁(7)及有機和無機材料復合封裝覆蓋層(6)等部件，其特征是在玻璃或透明塑料基板(2)的上表面上自下而上依次層疊地設置有增透光層(1)和UV保護層(9)，在玻璃或透明塑料基板下表面設有有機薄膜太陽能電池件，該有機薄膜太陽能電池件自上而下依次由層疊地設置的透明上電極(3)、有機光活性材料層(4)和金屬下電極(5)組成，透明上電極(3)和金屬下電極(5)間通過絕緣隔擋壁(7)相阻隔，在有機薄膜太陽能電池件外包設有一層有機和無機材料復合封裝覆蓋層(6)。
2、 如權利要求l所述的有機薄膜太陽能電池，其特征是在玻璃或透明塑 料基板(2)的下表面上設置的有機薄膜太陽能電池件由多個串聯(lián)連接的有機薄膜 太陽能電池單元組成，各電池單元自上而下依次由層疊設置的透明上電極(3)、 有機光活性材料層(4)和金屬下電極(5)構成，各電池單元的透明上電極(3)和金 屬下電極(5)間通過絕緣隔擋壁(7)相阻隔，在水平方向各電池單元的正、負電極首尾相接串聯(lián)，在有機薄膜太陽能電池外包設有一層有機和無機材料復合封裝覆 蓋層(6)。
3、 如權利要求l所述的有機薄膜太陽能電池，其特征是在玻璃或透明塑料 基板(2)的下表面上設置的有機薄膜太陽能電池件由按垂直方向層疊設置的多個 并聯(lián)連接的有機薄膜太陽能電池單元組成，各電池單元均由自上而下層疊設置的 透明上電極(3)、有機光活性材料層(4)和金屬下電極(5)構成，各電池單元的正電極連接在一起，負電極連接在一起并分別通過引出電極(8)引出，在有機薄膜 太陽能電池件外包設有一層有機和無機材料復合封裝覆蓋層(6)。
4、 如權利要求l所述的有機薄膜太陽能電池，其特征是有機薄膜太陽能 電池的增透光層(1)由1到3層按光疏媒質到光密媒質次序排列的媒質層依次層 疊而成。
5、 如權利要求l、 2或3所述的有機薄膜太陽能電池，其特征是有機薄膜 太陽能電池的透明上電極(3)為一維平板結構電極，或為具有'H，形或鋸齒波形 透光間隙的二維平面結構電極，或為既具有'H'形或鋸齒波形的透光間隙，又 具有'V，形或半圓形的向下突出嵌入柱體的三維立體結構電極。
6、 如權利要求l、 2或3所述的有機薄膜太陽能電池，其特征是有機薄 膜太陽能電池的光活性有機材料層(4)為由電子受體型和電子*型光活性有機 材料混合為一體的單層結構，或為在電子M型光活性有機材料層上疊加一層電 子受體型光活性有機材料層而形成的雙層結構，或為在電子繪沐型光活性有機材 料層上依次疊加一層由電子受體型和電子給體型光活性有機材料混合層以及一 層電子受體型光活性有機材料層形成的三層結構。
7、 如權利要求l、 2或3所述的有機薄膜太陽能電池，其特征是有機薄膜 太陽能電池的金屬下電極(5)為一個金屬層的單層結構，或為在金屬層上再疊加 一層有機緩沖層而形成的雙層結構。
8、 如權利要求l、 2或3所述的有機薄膜太陽能電池，其特征是有機薄 膜太陽能電池的有機和無機材料復合封裝覆蓋層(6)的基本結構是在一層有機材 料覆蓋層上再整體覆蓋上一層致密的無機材料層而形成的雙層結構，或是多次重 復層疊設置此雙層結構的復合封裝覆蓋層而形成2層以上的有機和無機材料復 合封裝覆蓋層，所說的有機材料層是一種或多種有機材料，所說的無機材料層是 一種或多種無機材料，有機材料層與無機材料層按次序層疊或按任意組合次序層 疊。
9、 如權利要求l所述的有機薄膜太陽能電池，其特征是有機薄膜太陽能 電池的UV保護層(9)為一個外表面上壓制有許多微小凹坑的UV保護材料膜層。
專利摘要一種內含有機光活性半導體功能薄膜的有機薄膜太陽能電池。它包括UV保護層、增透光層、玻璃基板或透明塑料板、透明上電極、有機光活性層、金屬下電極、絕緣隔離壁、有機和無機材料復合覆蓋保護層、引出電極等部件，可以利用多部件、多種結構的組合來優(yōu)化和增加光吸收率、光電轉化率以及增加電壓和電流的輸出特性，其優(yōu)點是成本低、重量輕、適宜大面積生產(chǎn)、吸收光譜寬、可柔性化及光轉化效率明顯并具有發(fā)掘潛力。本實用新型發(fā)明適合應用于野外、邊遠地區(qū)自然村落、游牧民生活、軍事、地質、林業(yè)、礦山、旅游、航海等諸多領域。
文檔編號H01L51/42GK201213140SQ20072031139
公開日2009年3月25日 申請日期2007年12月25日 優(yōu)先權日2007年12月25日
發(fā)明者明 杜, 輝 杜, 袁旭東 申請人:西安海晶光電科技有限公司