專利名稱：半透明太陽(yáng)能電池的制作方法
半透明太陽(yáng)能電池
相關(guān)申請(qǐng)
本申請(qǐng)要求2008年3月14日提交的美國(guó)實(shí)用申請(qǐng)?zhí)?2/049,252的權(quán)益，通過(guò)引 用將其全部?jī)?nèi)容并入本文。
背景技術(shù)：
1.領(lǐng)域
本公開(kāi)總體上涉及太陽(yáng)能電池。
2.總體背景
據(jù)認(rèn)為由有機(jī)材料和聚合物制造的太陽(yáng)能電池有希望替代它們的無(wú)機(jī)相應(yīng)物。 自從它們的首次報(bào)導(dǎo)以來(lái)，聚合物/富勒烯體異質(zhì)結(jié)(BHJ)太陽(yáng)能電池，更通常被稱作 塑料太陽(yáng)能電池，吸引了許多積極關(guān)注。
概述
半透明太陽(yáng)能電池具有透明襯底和作為陽(yáng)極的第一半透明電極。在所述陽(yáng)極的 頂部上形成基本上為有機(jī)材料層的透明活性層。在該活性層的頂部，形成第二半透明電 極。該第二半透明電極是陰極。在變化形式中，第一半透明電極是陰極而第二半透明電 極是陽(yáng)極。選擇陽(yáng)極和陰極相對(duì)于透明襯底的順序方面的靈活性允許提高加工技術(shù)，且 因此允許增加可利用材料的量從而提高半透明太陽(yáng)能電池的功率轉(zhuǎn)化效率。
半透明太陽(yáng)能電池因它們的原料和它們的制造從而具有低的成本。從原料的觀 點(diǎn)看，聚合物來(lái)源于具有極大豐富性和可利用性的有機(jī)元素。從制造的觀點(diǎn)看，太陽(yáng)能 電池利用溶液處理，因此得到較容易的制造方法，與它們的硅相應(yīng)物或其它無(wú)機(jī)相應(yīng)物 相比該方法需要較少的能量輸入。


參照下面的結(jié)合附圖的描述，本發(fā)明的上述特征和目的將變得更明顯，在所述 附圖中相同的參考數(shù)字表示相同的要素，其中
圖1是半透明太陽(yáng)能電池的示例性實(shí)施方案。
圖2是半透明太陽(yáng)能電池的示例性實(shí)施方案。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的半透明太陽(yáng)能電池制造方法的工藝流程圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的半透明太陽(yáng)能電池制造方法的工藝流程圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的半透明太陽(yáng)能電池制造方法的工藝流程圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的半透明太陽(yáng)能電池制造方法的工藝流程圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的半透明太陽(yáng)能電池制造方法的工藝流程圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的半透明太陽(yáng)能電池制造方法的工藝流程圖。
圖9是顯示根據(jù)本發(fā)明在不同溫度下退火后，各個(gè)太陽(yáng)能電池性能的表格。
圖10是顯示根據(jù)本發(fā)明聚合物太陽(yáng)能電池通過(guò)熱退火改善的性能的坐標(biāo)圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的多器件級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的示意圖。
詳細(xì)說(shuō)明
用于塑料太陽(yáng)能電池的聚合物活性層通常為約50-200nm厚。因?yàn)榫酆衔锘钚?層的最大吸收波長(zhǎng)通常為約650nm，這種小厚度導(dǎo)致低效率的吸收。例如，在SOnm厚 的聚(3-己基噻吩)[6，6]-苯基C6「丁酸甲酯(P3HT:PCBM)膜(即最常用的活性層) 中的最大吸收在峰值吸收波長(zhǎng)下表現(xiàn)為小于40%。在吸收范圍內(nèi)的其它波長(zhǎng)下，甚至更 高百分?jǐn)?shù)的光發(fā)生透射而沒(méi)有被吸收。
塑料太陽(yáng)能電池的活性層在可見(jiàn)光范圍內(nèi)是半透性或半透明的?；钚詫拥倪@種 半透性或半透明性能可用來(lái)有利于半透明塑料太陽(yáng)能電池的制造。為使塑料太陽(yáng)能電池 半透明，必須使底接觸部和頂接觸部半透明。在活性層中未被吸收的光子應(yīng)傳輸通過(guò)該 電池，而無(wú)任何明顯的強(qiáng)度降低。
本發(fā)明利用了本文描述的下列方法
熱退火熱退火是這樣的方法，其中通過(guò)將頂部上沉積有各種層的襯底置于熱 板上，將該熱板在一定溫度下維持一定時(shí)間段，來(lái)對(duì)所述襯底提供熱能(熱)。該溫度稱 作退火溫度，該時(shí)間稱作退火時(shí)間。熱退火還可以通過(guò)以非接觸方式提供熱能來(lái)進(jìn)行， 其中襯底不與熱板(或熱源)接觸，例如將襯底置于受控溫度下的烘箱中并持續(xù)一定時(shí)間 段。
溶劑退火溶劑退火是這樣的方法，其中讓通過(guò)溶液處理沉積在襯底頂部上 的有機(jī)層以受控制的慢速率凝固以提高有機(jī)聚合物膜中的自組織，所述襯底具有底接觸 部。這通過(guò)將有機(jī)聚合物溶解在高沸點(diǎn)溶劑例如二氯苯或三氯苯中用以通過(guò)溶液處理沉 積有機(jī)聚合物膜來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)槿軇┑母叻悬c(diǎn)，該膜在沉積后通常是濕的，然后讓其以受 控方式變干以減慢該膜由液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗨馁M(fèi)的時(shí)間。期望的凝固時(shí)間為2-20分鐘。 較長(zhǎng)的凝固時(shí)間允許膜中的聚合物鏈以高度有序的結(jié)晶相排列，這可以導(dǎo)致膜中的光電 轉(zhuǎn)換效率增加。
加入添加劑以提高載流子遷移率加入添加劑是在聚合物太陽(yáng)能電池用于改善 形態(tài)和提高載流子遷移率的技術(shù)。一個(gè)實(shí)例是將微量弱溶劑(例如烷烴二硫醇或硝基苯) 加入到用于制備聚合物溶液的主溶劑(dominant solvent)(例如氯苯或二氯苯)中。在一些 聚合物體系中已獲得了改善的聚合物聚結(jié)性和結(jié)晶性且因此具有提高的載流子遷移率。 另一個(gè)實(shí)例是將電解液和鹽加入到聚合物共混溶液中，這也顯示改善聚合物太陽(yáng)能電池 中的光電流。
熱蒸發(fā)熱蒸發(fā)是沉積薄膜材料的常見(jiàn)技術(shù)，其為物理氣相沉積(PVD)方法中 的一種。在熱蒸發(fā)中，于10_5-10_7托范圍內(nèi)的真空中加熱材料直到其熔化和開(kāi)始蒸發(fā)。 蒸氣然后冷凝在暴露于該蒸氣的襯底上，使其保持在較冷的溫度以形成薄膜。通過(guò)將材 料置于由高電阻材料例如鎢制成的坩堝(或舟皿)中并且使高電流穿過(guò)該舟皿來(lái)對(duì)它們進(jìn) 行加熱。
器件結(jié)構(gòu)和制造
圖1中所示的太陽(yáng)能電池器件結(jié)構(gòu)包含活性層120，該活性層吸收陽(yáng)光并將其轉(zhuǎn) 變成電。活性層120在兩個(gè)接觸部110和130之間，所述兩個(gè)接觸部均是半透性或半透 明的并且構(gòu)建在透明襯底140上。半透明太陽(yáng)能電池可從兩側(cè)吸收陽(yáng)光，即從頂部和底 部。該器件還可以包括金屬網(wǎng)150以提供高的表面電導(dǎo)率和提高電荷收集效率。
按照電池的極性，可能存在兩種構(gòu)造(i)正規(guī)器件結(jié)構(gòu)，和(ii)反型器件結(jié) 構(gòu)。在正規(guī)結(jié)構(gòu)中，如圖1中所示，底接觸部是陽(yáng)極130，其收集空穴，而頂接觸部是陰 極110，其在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程期間收集電子。如圖2中所示，在反型電池構(gòu)造中極性是逆反 的，底接觸部是陰極230而頂接觸部是陽(yáng)極210。
活性層
活性層120典型地是ρ型施主聚合物和η型受主材料的體異質(zhì)結(jié)(BHJ)。在施 主聚合物中，光子被吸收并且在光吸收時(shí)產(chǎn)生激子。所產(chǎn)生的激子遷移到施主-受主界 面，它們?cè)诖颂幏蛛x成自由電子和空穴，然后它們被傳輸通過(guò)BHJ膜中施主和受主的3 維(3D)互穿網(wǎng)絡(luò)并且在接觸部被收集。許多聚合物可用作BHJ膜中的施主，所述聚合物 例如Ρ3ΗΤ，聚[2-甲氧基-5-(3，7-二甲基辛氧基)-1，4-苯撐乙烯撐](MDMO-PPV)， 或聚O-甲氧基-5_(2’ -乙基-己氧基)_1，4-苯撐乙烯撐)(MEH-PPV)。其它低帶 隙聚合物也可用于活性層。
通過(guò)對(duì)該聚合物進(jìn)行選擇，可就特定應(yīng)用調(diào)節(jié)顏色和透明度。受主材料的最常 見(jiàn)備選物是PCBM或[6，6]-苯基C71-丁酸甲基酯(C7tl-PCBM)t5其它材料例如單壁碳納 米管(CNT)和其它η型聚合物也可用作受主材料。活性層可通過(guò)由有機(jī)溶劑中的聚合物 溶液進(jìn)行旋涂獲得。該膜還可通過(guò)若干其它溶液處理技術(shù)獲得，例如棒涂、噴墨印制、 刮板涂覆、噴涂、絲網(wǎng)印制等。通過(guò)使用這些技術(shù)，可用聚合物溶液容易地且不增加工 藝費(fèi)用地覆蓋大面積的襯底。此外，可使用柔性襯底替代玻璃，從而產(chǎn)生半透明的柔性 塑料太陽(yáng)能電池。
為改善塑料太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，BHJ膜可以進(jìn)行特定處理。例如，在 P3HT:PCBM系統(tǒng)中，可使用所謂的“溶劑退火”方法和熱退火方法兩者。在“溶劑退 火”方法中，活性層120的緩慢凝固速率允許使P3HT聚合物鏈組織成高度有序的結(jié)晶 態(tài)，這改善了聚合物內(nèi)的光吸收，提高了電荷載流子遷移率，改善了激子產(chǎn)生和分離效 率，并且產(chǎn)生高度平衡的電荷載流子轉(zhuǎn)移。因?yàn)檫@些作用，可顯著提高塑料太陽(yáng)能電池 的效率。還使用熱退火來(lái)部分恢復(fù)聚合物結(jié)晶性以及改善太陽(yáng)能電池性能。其它可能的 方法可以包括溶劑混合，其中使用兩種或更多種溶劑來(lái)溶解用于制備活性層210的聚合 物共混物，或者通過(guò)將離子鹽加入到活性層120內(nèi)，以及本領(lǐng)域已知的其它可能的界面 層調(diào)節(jié)方法。
正規(guī)器件結(jié)構(gòu)
在圖1中所示的正規(guī)器件構(gòu)造100中，活性層120夾在半透性底部(陽(yáng)極)130 和頂部(陰極)110電極之間。
半透明太陽(yáng)能電池100的正規(guī)器件結(jié)構(gòu)具有透明襯底140和在襯底140頂部上的 半透明陽(yáng)極130。陽(yáng)極130可具有體積并且金屬網(wǎng)150嵌入在該體積內(nèi)。
半透明太陽(yáng)能電池100具有基本上由有機(jī)材料制成的透明活性層120和半透明陰 極110?；钚詫?20位于半透明陽(yáng)極130和半透明陰極110之間。
底接觸部
可在涂覆的玻璃(或塑料)襯底上沉積透明導(dǎo)電氧化物(TCO)、氧化銦錫 (ITO)、氟化的氧化錫(FTO)以形成透明陽(yáng)極130。TCO膜通過(guò)溶液處理、濺射或熱噴 涂獲得。為了提高有機(jī)太陽(yáng)能電池的性能，TCO覆蓋的玻璃表面涂覆有高電導(dǎo)率聚合物例如聚(亞乙烯基二氧基噻吩)聚(苯乙烯磺酸酯)(PEDOT:PSS)或聚苯胺(PANI)的薄層。
在另一個(gè)變化形式中，為形成底部透明電極130，使TCO覆蓋有過(guò)渡金屬氧化 物(TMO)例如五氧化二釩(％05)、氧化鉬(MoO3)或氧化鎢(WO3)的薄層。在該情形 中，直接在TCO玻璃襯底的頂部上熱蒸發(fā)或者通過(guò)溶液處理沉積金屬氧化物，并形成陽(yáng) 極界面層。厚度為3-20nm的TMO層可替代聚合物太陽(yáng)能電池中的PEDOT:PSS而不影 響性能，這是因?yàn)槠錇橥该髑疫m度地導(dǎo)電。具有TCO/TMO底接觸部的聚合物太陽(yáng)能電 池的效率與具有ITO/PEDOT:PSS底接觸部的那些聚合物太陽(yáng)能電池相比是相當(dāng)?shù)幕蛏踔?更好。使用TMO作為陽(yáng)極界面層還防止ITO和PEDOT:PSS之間不希望的化學(xué)反應(yīng)，該 化學(xué)反應(yīng)可引起性能劣化從而導(dǎo)致差的有機(jī)太陽(yáng)能電池壽命。
導(dǎo)電聚合物例如PEDOT:PSS或PANI可替代TCO層作為底部透明電極130。因 為導(dǎo)電聚合物可以被溶液處理，該方法產(chǎn)生容易且低成本的工藝，該工藝擺脫高溫沉積 方法例如TCO的濺射。然而，即使最高導(dǎo)電性PEDOT的電導(dǎo)率也僅為約100S/cm，這 比ITO的電導(dǎo)率低約一個(gè)數(shù)量級(jí)。為實(shí)現(xiàn)有效的電荷收集，必須改善電導(dǎo)率。為克服這 種不足，將非常細(xì)的金屬線或網(wǎng)150嵌入到PEDOT:PSS或PANI膜中以在界面處提供高 的表面電導(dǎo)率和有效的電荷收集。通過(guò)光刻法制備的光掩膜將金屬線熱蒸發(fā)在玻璃襯底 的頂部上。若干高電導(dǎo)率金屬例如鋁(Al)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、涂覆有Au的 鉻(Cr)等可用于金屬線150。通過(guò)使用溶液處理技術(shù)例如旋涂、棒涂、噴墨印制、刮板 涂覆、噴涂、絲網(wǎng)印制或本領(lǐng)域已知的其它技術(shù)，可由水溶液將高電導(dǎo)率聚合物膜沉積 在覆蓋有金屬線的玻璃襯底上，所述金屬線蒸發(fā)在玻璃襯底的頂部上。
頂接觸部
正規(guī)器件結(jié)構(gòu)中的頂接觸部110必須是透明的。該透明陰極110必須實(shí)現(xiàn)兩種 功能。其允許未被活性層120吸收的光有效透射并且同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)在陰極-聚合物界面 處的電子有效收集。
獲得半透性陰極110的方法之一是熱蒸發(fā)多層金屬膜。這樣的多層金屬膜包 括(i)氟化鋰(LiF)和 Au，(ii) LiF 和 Al，(iii)鈣(Ca)和 Au，以及(iv)LiF、Al 和Au。多層金屬陰極的總厚度為約10-12nm。在高真空下相繼地蒸發(fā)這些金屬膜。金屬 電極的透射率為約80-85%。
在一種情況中，半透性頂部電極110通過(guò)旋涂η-型材料例如碳酸銫、乙酰丙酮 化鈣[Ca(aCaC)2]、氟化銫(CsF)、CNT的薄層，接著蒸發(fā)透明金屬例如Ag或Au的薄層 而獲得。在該情形中，金屬層的厚度為約15納米或更小。
獲得半透性頂部電極110的另一種方法是旋涂η-型材料例如碳酸銫、乙酰丙酮 化鈣[Ca(acac)2]、氟化銫(CsF)、CNT等的薄層，接著通過(guò)濺射或熱噴涂沉積透明的導(dǎo) 電氧化物層例如ITO或FTO來(lái)形成半透性頂部電極110。
按圖3中的工藝流程操作300表現(xiàn)了制造半透明太陽(yáng)能電池100的方法。該方 法包括在初始化操作302中提供透明襯底。然后控制轉(zhuǎn)移到操作304。
在操作304中，在透明襯底140上形成透明陽(yáng)極130。透明陽(yáng)極130由沉積在透 明襯底140上的透明導(dǎo)電氧化物層形成。在本發(fā)明中，陽(yáng)極130的導(dǎo)電氧化物層可以是 但不限于氧化銦錫或氟化的氧化錫并且可濺射或熱噴涂到襯底140上。然后控制轉(zhuǎn)移到操作306。
在操作306中，通過(guò)溶液處理在透明陽(yáng)極的透明導(dǎo)電氧化物層上沉積過(guò)渡金屬 氧化物層。該過(guò)渡金屬氧化物層具有基本上類似于有機(jī)活性層120的最低未占據(jù)分子軌 道能級(jí)的功函數(shù)并且根據(jù)本發(fā)明可以是但不限于五氧化二釩、氧化鉬或氧化鎢。然后控 制轉(zhuǎn)移到操作308。
在操作308中，在透明陽(yáng)極130上形成有機(jī)活性層120。該有機(jī)活性層120具有 施主分子和受主分子的混合物。有機(jī)活性層的形成可以進(jìn)一步包括熱退火、溶劑退火或 加入添加劑用以提高載流子遷移率其中根據(jù)本發(fā)明在約70-180°C的溫度范圍內(nèi)處理透明 襯底140、透明陽(yáng)極130和有機(jī)活性層120。然后控制轉(zhuǎn)移到操作310。
在最后操作310中，在有機(jī)活性層120的頂部上蒸發(fā)透明陰極110。該透明陰極 110由至少一個(gè)金屬層構(gòu)成并且具有小于20納米的厚度。陰極110的金屬層可以是氟化 鋰和金，氟化鋰和鋁，鈣和金，氟化銫和金，氟化銫和鋁，碳酸銫和金，碳酸銫和鋁， 氟化鋰和金，或者鋁和金。
圖4表現(xiàn)了用于制造半透明太陽(yáng)能電池100的工藝流程操作400。該方法包括在 初始化操作402中提供透明襯底。然后控制轉(zhuǎn)移到操作404。
在操作404中，在透明襯底140上形成透明陽(yáng)極130。透明陽(yáng)極130由沉積在透 明襯底140上的透明導(dǎo)電氧化物層形成。陽(yáng)極130的導(dǎo)電氧化物層可以是氧化銦錫或氟 化的氧化錫并且可依照本發(fā)明濺射或熱噴涂到襯底140上。
另外，可以通過(guò)溶液處理在透明陽(yáng)極130的透明導(dǎo)電氧化物層上沉積過(guò)渡金屬 氧化物層。該過(guò)渡金屬氧化物層優(yōu)選具有基本上類似于有機(jī)活性層120的最低未占據(jù)分 子軌道能級(jí)的功函數(shù)。該過(guò)渡金屬氧化物根據(jù)本發(fā)明可以是但不限于五氧化二釩、氧化 鉬或氧化鎢。然后控制轉(zhuǎn)移到操作406。
在操作406中，在透明陽(yáng)極130上形成有機(jī)活性層120。該有機(jī)活性層120具 有施主分子和受主分子的混合物。該有機(jī)活性層的形成可以進(jìn)一步包括熱退火、溶劑退 火或加入添加劑用以提高載流子遷移率，其中在約70-180°C的溫度范圍內(nèi)處理透明襯底 140、透明陽(yáng)極130和有機(jī)活性層120。然后控制轉(zhuǎn)移到操作408。
在操作408，在有機(jī)活性層的頂部上形成透明陰極110。該透明陰極110可以由 能夠通過(guò)溶液處理沉積的至少一個(gè)η-型層構(gòu)成并且優(yōu)選具有基本上類似于有機(jī)活性層的 最低未占據(jù)分子軌道能級(jí)的功函數(shù)。該η-型層可以是但不限于碳酸銫、乙酰丙酮化鈣或 氟化銫。然后控制轉(zhuǎn)移到操作410。
在最后操作410中，通過(guò)濺射或熱噴涂在透明陰極110的η-型層上沉積透明導(dǎo) 電氧化物層。該導(dǎo)電氧化物層可以是但不限于氧化銦錫或氟化的氧化錫。
作為替代方案，在最后操作410中，由Ag或Au構(gòu)成且厚度小于15納米的金屬 層可通過(guò)熱蒸發(fā)沉積在透明陰極Iio的η-型層的頂部上。
圖5表現(xiàn)了用于制造半透明太陽(yáng)能電池100的工藝流程操作500。該方法包括在 初始化操作502中提供透明襯底。然后控制轉(zhuǎn)移到操作504。
在操作504中，在透明襯底140上形成陽(yáng)極130。該陽(yáng)極130是通過(guò)溶液處理沉 積的有機(jī)層。該有機(jī)層具有體積和嵌入該體積中的金屬網(wǎng)150。該金屬網(wǎng)150可以是但 不限于金、鋁、銀、銅或涂覆有金的鉻。然后控制轉(zhuǎn)移到操作506。
在操作506中，在透明陽(yáng)極130上形成有機(jī)活性層120。該有機(jī)活性層120具有 至少一種類型的施主分子和至少一種類型的受主分子的混合物。
另外，有機(jī)活性層120可以進(jìn)一步包括熱退火、溶劑退火或加入添加劑以提高 載流子遷移率?？稍诩s70-180°C的溫度范圍內(nèi)處理透明襯底140、透明陽(yáng)極130和有機(jī) 活性層120。然后控制轉(zhuǎn)移到操作508。
在最后操作508中，在有機(jī)活性層120上形成透明陰極110。該透明陰極110是 厚度小于20納米的至少一個(gè)金屬層并且可以是但不限于氟化鋰和金，氟化鋰和鋁，鈣和 金，氟化銫和金，氟化銫和鋁，碳酸銫和金，碳酸銫和鋁，氟化鋰和金，或者鋁和金。
圖6表現(xiàn)了用于制造半透明太陽(yáng)能電池100的工藝流程操作600。該方法包括在 初始化操作602中提供透明襯底。然后控制轉(zhuǎn)移到操作604。
在操作604中，在透明襯底140上形成陽(yáng)極130。陽(yáng)極130是通過(guò)溶液處理沉積 的有機(jī)層。該有機(jī)層具有體積和嵌入該體積中的金屬網(wǎng)150。金屬網(wǎng)150可以是但不限 于金、鋁、銀、銅或涂覆有金的鉻。然后控制轉(zhuǎn)移到操作606。
在操作606中，在透明陽(yáng)極130上形成有機(jī)活性層120。有機(jī)活性層120優(yōu)選具 有至少一種類型的施主分子和至少一種類型的受主分子的混合物。
另外，有機(jī)活性層120可以進(jìn)一步包括熱退火、溶劑退火、或加入添加劑以提 高載流子遷移率?？稍诩s70-180°C的溫度范圍內(nèi)處理透明襯底140、透明陽(yáng)極130和有 機(jī)活性層120。然后控制轉(zhuǎn)移到操作608。
在操作608中，在有機(jī)活性層的頂部上形成透明陰極110。透明陰極110由可 通過(guò)溶液處理沉積的至少一個(gè)η-型層構(gòu)成并且優(yōu)選具有基本上類似于有機(jī)活性層的最低 未占據(jù)分子軌道能級(jí)的功函數(shù)。該η-型層可以是但不限于碳酸銫、乙酰丙酮化鈣或氟化 銫。然后控制轉(zhuǎn)移到操作410。
在最后操作610中，通過(guò)濺射或熱噴涂在透明陰極110的η-型層上沉積透明導(dǎo) 電氧化物層。該導(dǎo)電氧化物層可以是但不限于氧化銦錫或氟化的氧化錫。
作為替代方案，在最終操作610中，由Ag或Au構(gòu)成且厚度小于15納米的金屬 層可通過(guò)熱蒸發(fā)沉積在透明陰極Iio的η-型層的頂部上。
反型器件結(jié)構(gòu)
在反型器件構(gòu)造200中，在光電發(fā)生期間，底接觸部230是收集電子的陰極而頂 接觸部是收集空穴的陽(yáng)極210。這兩個(gè)接觸部也是半透明的。
反型透明太陽(yáng)能電池200示于圖2中。反型太陽(yáng)能電池200包含具有底表面和 頂表面的透明襯底對(duì)0。
第一半透明電極即陰極230在襯底MO的頂表面上并且由透明的導(dǎo)電氧化物制 成。陰極230由透明導(dǎo)電氧化物與η-型界面層一起形成。
第二半透明電極即陽(yáng)極210由透明導(dǎo)電氧化物制成并且具有界面層。透明活性 層220基本上由有機(jī)材料構(gòu)成并且處在半透明陽(yáng)極210和半透明陰極230之間。
底接觸部
底接觸部230即陰極的作用是收集光電轉(zhuǎn)換過(guò)程期間在活性層220中產(chǎn)生的自由 電子。為實(shí)現(xiàn)有效率的電子收集可使用若干種選擇。下面給出實(shí)例。
如圖2中所示，可將η-型材料例如CsC03、CsF> Ca(acac)2、CNT或具有類似性能的其它材料的薄層旋涂在TCO覆蓋的玻璃或塑料襯底240上以獲得透明底部陰極 230。所有這些陰極界面層的厚度都非常小，僅有幾納米，其結(jié)果為，它們是高度透明 的。ITO的功函數(shù)為約4.7eV，這使其成為空穴傳輸材料。因此，如上所述，必須用薄 的η-型界面層將ITO表面改性以使其成為電子收集接觸部。例如，CsCO3的功函數(shù)為約 2.9eV。
ITO或FTO涂覆的玻璃或塑料襯底240可涂覆有氧化鈦(TiOx)、氧化鋅 (ZnO)、或ΖηΟ:Α1及其它電子傳輸材料的薄層以獲得透明底部陰極230。在該情形中氧 化物層的厚度為約10-20nm。
頂接觸部
頂接觸部210即陽(yáng)極收集反型器件構(gòu)造中的空穴。對(duì)于頂接觸部210，可以采用若干構(gòu)造。
第一種構(gòu)造由涂覆有高電導(dǎo)率薄金屬膜的高功函數(shù)ρ-型界面層構(gòu)成。用于ρ-型 界面層的材料是過(guò)渡金屬氧化物例如％05、MoO3或W03。金屬氧化物的厚度為約3-10 納米以維持透明度。該氧化物膜可通過(guò)直接在聚合物膜的頂部上進(jìn)行熱蒸發(fā)或溶液處 理獲得。因?yàn)榻饘傺趸锏碾妼?dǎo)率并非特別良好，因此可能要求將另外的高電導(dǎo)率金屬 (例如Au)層來(lái)覆蓋金屬氧化物層?？蔁嵴舭l(fā)該金屬并且使其具有通常不超過(guò)15納米的 厚度以維持透明度。
獲得頂接觸部210的另一種方式是通過(guò)濺射或熱噴涂來(lái)沉積透明導(dǎo)電氧化物層 例如ITO或FTO，替代高電導(dǎo)率金屬例如Au，這是因?yàn)橥该鲗?dǎo)電氧化物具有較好的透明 度和相當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)率。
圖7表現(xiàn)了用于制造半透明太陽(yáng)能電池200的工藝流程操作700。該方法包括在 初始化操作702中提供透明襯底M0。然后控制轉(zhuǎn)移到操作704。
在透明襯底MO的頂部上形成透明陰極230。形成過(guò)程包括如下步驟在操作 704中形成透明導(dǎo)電氧化物層，和在操作706中通過(guò)溶液處理在透明襯底240上形成η-型 界面層。根據(jù)本發(fā)明，η-型層可以是但不限于碳酸銫、乙酰丙酮化鈣或氟化銫。然后 控制轉(zhuǎn)移到操作708。
在操作708中，在約70_180°C的溫度范圍內(nèi)將透明襯底240和透明陰極230進(jìn)行 熱退火。然后控制轉(zhuǎn)移到操作710。
在操作710中，在透明陰極230上沉積至少一個(gè)有機(jī)活性層220。有機(jī)活性層 220可通過(guò)溶液處理進(jìn)行沉積并且具有施主分子和受主分子的混合物。有機(jī)活性層220具 有基本上類似于透明陰極230的η-型層的最低未占據(jù)分子軌道能級(jí)。然后控制轉(zhuǎn)移到操 作 712。
在有機(jī)活性層220上形成透明陽(yáng)極210，形成過(guò)程包括在操作712中通過(guò)溶液處 理沉積過(guò)渡金屬氧化物層的步驟。該過(guò)渡金屬氧化物具有基本上類似于有機(jī)活性層的最 高占據(jù)分子軌道能級(jí)的功函數(shù)。陽(yáng)極210的過(guò)渡金屬氧化物層可以是但不限于五氧化二 釩、氧化鉬或氧化鎢并且具有小于30納米的厚度。然后控制轉(zhuǎn)移到操作714。
在操作714中，將透明導(dǎo)電氧化物層沉積到過(guò)渡金屬氧化物層上。該導(dǎo)電氧化 物層可以是但不限于氧化銦錫和氟化的氧化錫或者可將其濺射或熱噴涂到透明襯底MO 上。
作為替代方案，在最后操作714中，可通過(guò)熱蒸發(fā)在過(guò)渡金屬氧化物層的頂部 上沉積Ag或Au的厚度小于15納米的金屬層。
圖8表現(xiàn)了用于制造半透明太陽(yáng)能電池200的工藝流程操作800。該方法包括在 初始化操作802中提供透明襯底M0。然后控制轉(zhuǎn)移到操作804。
在透明襯底MO的頂部上形成透明陰極230上。形成過(guò)程包括如下步驟在操 作804中形成透明導(dǎo)電氧化物層，和在操作806中通過(guò)溶液處理在透明襯底240上形成 η-型界面層。該η-型層可以是至少碳酸銫、乙酰丙酮化鈣或氟化銫。然后控制轉(zhuǎn)移到 操作808。
在操作808中，在約70_180°C的溫度范圍內(nèi)將透明襯底240和透明陰極230進(jìn)行 熱退火。然后控制轉(zhuǎn)移到操作810。
在操作810中，在透明陰極230上沉積至少一個(gè)有機(jī)活性層220。有機(jī)活性層 220可通過(guò)溶液處理進(jìn)行沉積并且具有施主分子和受主分子的混合物。有機(jī)活性層220具 有基本上類似于透明陰極230的η-型層的最低未占據(jù)分子軌道能級(jí)。然后控制轉(zhuǎn)移到操 作 812。
在有機(jī)活性層220上形成透明陽(yáng)極210，形成過(guò)程包括在操作812中通過(guò)溶液處 理沉積過(guò)渡金屬氧化物層的步驟。該過(guò)渡金屬氧化物具有基本上類似于有機(jī)活性層的最 低未占據(jù)分子軌道能級(jí)的功函數(shù)。陽(yáng)極210的過(guò)渡金屬氧化物層可以是但不限于五氧化 二釩、氧化鉬或氧化鎢并且具有小于30納米的厚度。然后控制轉(zhuǎn)移到操作814。
在最后操作814中，至少一個(gè)金屬膜沉積在過(guò)渡金屬氧化物層上并且其可以是 但不限于金或銀。
在變化形式中，較厚的TMO膜可沉積在聚合物膜的頂部上，厚度為約20-50納 米。TMO的大厚度對(duì)器件性能沒(méi)有明顯影響，并同時(shí)維持其界面性能。一旦相對(duì)較厚 的TMO膜沉積在聚合物膜上，其充當(dāng)聚合物膜的保護(hù)阻擋體。其結(jié)果是，可以在TMO 膜的頂部上蒸發(fā)或?yàn)R射高度透明的導(dǎo)電金屬氧化物例如ITO或FTO以完成器件結(jié)構(gòu)。
通過(guò)紫外光電子能譜法(UPS)證實(shí)，通過(guò)低溫(小于200°C )退火處理可將 Cs2CO3的功函數(shù)從3.45eV調(diào)節(jié)到3.06eV。如圖10中所示，對(duì)于反型器件結(jié)構(gòu)(ITO/ Cs2C03/RR-P3HT:PCBM/V205/A1),通過(guò) Cs2CO3 界面層的 150°C熱退火處理，PCE 從 2.31%提高到4.19%。通常，Cs2CO3W分解溫度為約550-600°C。然而，初步X射線光 電子能譜法(XPS)結(jié)果揭示熱退火有助于Cs2CO3分解成低功函數(shù)的銫氧化物。Cs2CO3 較低的功函數(shù)與有機(jī)聚合物的最低占據(jù)分子軌道能級(jí)匹配得較好，從而提高聚合物太陽(yáng) 能電池的效率。
將溶解于2-乙氧基乙醇的0.2重量％ Cs2CO3旋涂在作為陰極230的預(yù)清洗且 UV-臭氧處理的ITO玻璃襯底上。在手套箱內(nèi)部的熱板上實(shí)施各種退火溫度20分鐘。 將RR-P3HT和PCBM分別溶解于1，2-二氯苯(DCB)中然后將它們以1 lwt/wt比例 共混以形成2.5重量％的溶液。將該RR-P3HT/PCBM溶液以600rpm旋涂40秒，并且 將濕膜在有蓋的玻璃皮氏培養(yǎng)皿中進(jìn)行干燥。然后將干膜在110°C下退火10分鐘。
活性膜厚度通過(guò)Dektak 3030表面光度儀測(cè)量為約210-230納米。陽(yáng)極210是被 IOOnmAl覆蓋的IOnm%05。在手套箱中使用太陽(yáng)模擬器在模擬的AM1.5G輻照(IOOmW/ cm2)下測(cè)試所述器件。通過(guò)具有KG-5濾色器的NREL所校準(zhǔn)Si-檢測(cè)器測(cè)定照明強(qiáng)度，并且對(duì)光譜失配進(jìn)行校正。
關(guān)于未對(duì)Cs2CO3層進(jìn)行熱退火的器件，功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)為2.31%。當(dāng) Cs2CO3層通過(guò)以不同溫度進(jìn)行不同溫度的退火處理時(shí)，所有器件性能得到改善。因?yàn)?Cs2CO3層的退火溫度從室溫提高到150°C，PCE從2.31%提高到4.19%。此外，如圖9 和圖10中所示，所有其它器件特性例如Voc、Jsc和FF得到改善。
氧等離子體處理的ITO襯底的功函數(shù)為454eV。當(dāng)將Cs2CO3旋涂在該ITO表 面上而沒(méi)有熱退火時(shí)，功函數(shù)從4^4eV變化至3.23eV。在70°C、120°C和170°C退火20 分鐘后Cs2CO3膜的功函數(shù)分別進(jìn)一步降低至3.13、3.11和3.06eV。
高度有效率的反型聚合物太陽(yáng)能電池已由Cs2CO3層的熱退火得到證明。UPS 結(jié)果顯示通過(guò)熱退火降低了 Cs2CO3層的功函數(shù)，并且初步XPS研究揭示通過(guò)退火處理 Cs2CO3本質(zhì)上分解成摻雜的η-型半導(dǎo)體。這種反型電池可適用于設(shè)計(jì)多器件堆疊的聚合 物太陽(yáng)能電池或級(jí)聯(lián)型電池，其被廣泛接受用以進(jìn)一步改善聚合物太陽(yáng)能電池的效率。
多器件堆疊方案-除級(jí)聯(lián)型太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)外
利用光電材料覆蓋太陽(yáng)光譜的不同區(qū)域在改善太陽(yáng)能電池效率方面是有效的。 級(jí)聯(lián)型太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)(其中兩個(gè)或更多個(gè)電池串聯(lián)連接)可在聚合物太陽(yáng)能電池中得到 證明?？墒褂镁哂胁煌?yáng)光譜覆蓋范圍的半透明太陽(yáng)能電池來(lái)實(shí)現(xiàn)具有增強(qiáng)光電壓的 級(jí)聯(lián)型太陽(yáng)能電池。在該方案中，如圖11中所示，兩個(gè)單體PV電池(各自具有它們自 己的襯底)彼此堆疊。將這些電池以串聯(lián)或并聯(lián)方式電連接，該堆疊體系與單個(gè)電池相 比可達(dá)到雙倍效率。多器件堆疊還可以改善太陽(yáng)能電池的產(chǎn)量。
圖11是多器件級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)的示意圖，顯示了兩個(gè)彼此堆疊的半透明PV電池 1100。來(lái)自第一電池的未被吸收的光穿過(guò)底部電池的透明電極1110透射到第二電池。所 述光被PV電池2吸收。PV電池2可以具有或可以不具有透明的頂部電極1110。這些 電池可以串聯(lián)或并聯(lián)電連接以提高級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)的性能(相對(duì)于單個(gè)電池)。
反射體或漫射體的納入
半透明太陽(yáng)能電池還可用于其中不需要透明度的情況。在這些情況中，可在半 透明太陽(yáng)能電池的后方使用光反射體或漫射體以便再利用穿過(guò)的光。由于改善的光獲取 性，這可改善半透明太陽(yáng)能電池的效率。
半透明塑料太陽(yáng)能電池的若干應(yīng)用
與它們的無(wú)機(jī)相應(yīng)物不同，半透明聚合物太陽(yáng)能電池是固有獨(dú)特的，其擁有的 獨(dú)特性能適合于建筑和運(yùn)輸行業(yè)中未涉及的應(yīng)用。將有機(jī)太陽(yáng)能電池與無(wú)機(jī)電池相區(qū)分 的三個(gè)關(guān)鍵特性是建筑美學(xué)，通用性和柔性，以及低費(fèi)用。
半透明太陽(yáng)能電池具有通過(guò)將它們結(jié)合到幾乎任何建筑和運(yùn)輸工具窗戶的玻 璃、玻璃層板或柔性襯底上而產(chǎn)生建筑美學(xué)應(yīng)用的能力，因此允許實(shí)現(xiàn)發(fā)電、濾光和建 筑要素/航空、機(jī)動(dòng)車和船舶設(shè)計(jì)的三重功能。
一些建筑應(yīng)用可以包括商業(yè)、工業(yè)、公共機(jī)構(gòu)(教育和政府)和住宅市場(chǎng)。商業(yè) 和工業(yè)市場(chǎng)包括但不限于辦公室、賓館/汽車旅館，摩天大樓，工廠，發(fā)電廠和倉(cāng)庫(kù)。 公共機(jī)構(gòu)和住宅市場(chǎng)包括但不限于學(xué)院/大學(xué)，醫(yī)院，政府建筑，住宅，公寓樓和共管 式公寓。在運(yùn)輸行業(yè)中，聚合物太陽(yáng)能電池實(shí)際上可適合于空中、軌道、公路和水上的 具有窗戶的任何類型的運(yùn)輸工具。特別地，可以將我們的半透明太陽(yáng)能電池應(yīng)用到從商業(yè)飛機(jī)或軍用飛機(jī)到陸地及水上運(yùn)輸工具例如客運(yùn)/通勤列車、汽車、巴士、卡車、船 和舟。
雖然就目前認(rèn)為最可行和優(yōu)選的實(shí)施方案對(duì)設(shè)備和方法進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng) 理解本發(fā)明不必局限于所公開(kāi)的實(shí)施方案。其意欲涵蓋包括在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi) 的各種變化形式和類似配置，本發(fā)明的范圍應(yīng)符合于最寬泛的理解以便包括所有這樣的 變化形式和類似結(jié)構(gòu)。本發(fā)明包括權(quán)利要求書(shū)的任何和所有實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.半透明太陽(yáng)能電池，該電池包含 透明襯底；在該襯底頂部上的半透明陽(yáng)極，該半透明陽(yáng)極基本上是有機(jī)材料，該陽(yáng)極具有體積 和嵌入該體積內(nèi)的金屬網(wǎng)；透明活性層，該透明活性層基本上是有機(jī)材料；和半透明陰極，其中所述活性層在所述半透明陽(yáng)極和所述半透明陰極之間。
2.權(quán)利要求1的半透明太陽(yáng)能電池，其中所述金屬網(wǎng)至少是金、鋁、銀、銅或涂覆有 金的鉻。
3.用于制造半透明太陽(yáng)能電池的方法，該方法包括 提供透明襯底；在該透明襯底上形成透明陽(yáng)極，其中該透明陽(yáng)極是沉積在透明襯底上的透明導(dǎo)電氧 化物層；在該透明陽(yáng)極上形成有機(jī)活性層，該有機(jī)活性層具有施主分子和受主分子的混合 物；以及通過(guò)蒸發(fā)在該有機(jī)活性層的頂部上形成透明陰極，其中該透明陰極是厚度小于20納 米的至少一個(gè)金屬層。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述至少一個(gè)金屬層至少是氟化鋰和金，氟化鋰和鋁，鈣 和金，氟化銫和金，氟化銫和鋁，碳酸銫和金，碳酸銫和鋁，三層結(jié)構(gòu)的氟化鋰，或者 鋁和金。
5.權(quán)利要求3的方法，其中所述導(dǎo)電氧化物層至少是氧化銦錫或氟化的氧化錫，其中 將所述導(dǎo)電氧化物層至少濺射或熱噴涂到襯底上。
6.權(quán)利要求3的方法，該方法還包括通過(guò)溶液處理在透明陽(yáng)極的透明導(dǎo)電氧化物層上 沉積過(guò)渡金屬氧化物層，其中所述過(guò)渡金屬氧化物層具有基本上類似于所述有機(jī)活性層 的最高占據(jù)分子軌道能級(jí)的功函數(shù)，并且其中所述過(guò)渡金屬氧化物至少是五氧化二釩、 氧化鉬或氧化鎢。
7.權(quán)利要求3的方法，其中有機(jī)活性層的形成還包括熱退火、溶劑退火或加入添加劑 用以改善形態(tài)和提高載流子遷移率，其中在約70-180°C的溫度范圍處理所述透明襯底、 透明陽(yáng)極和有機(jī)活性層。
8.用于制造半透明太陽(yáng)能電池的方法，該方法包括 提供透明襯底；在該透明襯底上形成透明陽(yáng)極，其中所述透明陽(yáng)極是通過(guò)至少溶液處理或熱蒸發(fā)沉 積在該透明襯底上的透明導(dǎo)電氧化物層；在該透明陽(yáng)極上形成有機(jī)活性層，該有機(jī)活性層具有至少一種類型的施主分子和至 少一種類型的受主分子的混合物；以及在有機(jī)活性層的頂部上形成透明陰極，該透明陰極至少是通過(guò)至少溶液處理或熱蒸 發(fā)沉積的η-型層，和形成透明導(dǎo)電氧化物層，該η-型層具有基本上類似于所述有機(jī)活性 層的最低未占據(jù)分子軌道能級(jí)的功函數(shù)。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述η-型層至少是碳酸銫、乙酰丙酮化鈣或氟化銫。
10.權(quán)利要求8的方法，其中所述導(dǎo)電氧化物層至少是氧化銦錫或氟化的氧化錫，其中將所述導(dǎo)電氧化物層至少濺射或熱噴涂在η-型層的頂部上。
11.權(quán)利要求8的方法，其中有機(jī)活性層的形成還包括熱退火、溶劑退火或加入添加 劑以改善形態(tài)和提高載流子遷移率，其中在約70-180°C的溫度范圍處理所述透明襯底、 透明陽(yáng)極和有機(jī)活性層。
12.權(quán)利要求8的方法，該方法還包括通過(guò)溶液處理在透明陽(yáng)極的透明導(dǎo)電氧化物層 上沉積過(guò)渡金屬氧化物層，其中所述過(guò)渡金屬氧化物層具有基本上類似于有機(jī)活性層的 最高占據(jù)分子軌道能級(jí)的功函數(shù)，其中所述過(guò)渡金屬氧化物至少是五氧化二釩、氧化鉬 或氧化鎢。
13.權(quán)利要求8的方法，該方法還包括在η-型層的頂部上蒸發(fā)至少一個(gè)金屬層，其中 所述金屬層至少是金或銀并且厚度小于20納米。
14.用于制造半透明太陽(yáng)能電池的方法，該方法包括提供透明襯底；在具有通過(guò)溶液處理沉積的有機(jī)層的透明襯底上形成陽(yáng)極，所述有機(jī)層具有體積和 嵌入該體積內(nèi)的金屬網(wǎng)；在透明陽(yáng)極上形成有機(jī)活性層，該有機(jī)活性層具有至少一種類型的施主分子和至少 一種類型的受主分子的混合物；以及通過(guò)蒸發(fā)在所述有機(jī)活性層上形成透明陰極，其中所述透明陰極由厚度小于20納米 的至少一個(gè)金屬層制成。
15.權(quán)利要求14的方法，其中所述金屬網(wǎng)至少是金、鋁、銀、銅或涂覆有金的鉻。
16.權(quán)利要求14的方法，其中所述至少一個(gè)金屬層至少是氟化鋰和金，氟化鋰和鋁， 鈣和金，氟化銫和金，氟化銫和鋁，碳酸銫和金，碳酸銫和鋁，三層結(jié)構(gòu)的氟化鋰，或 者鋁和金。
17.權(quán)利要求14的方法，其中有機(jī)活性層的形成還包括熱退火、溶劑退火或加入添加 劑以改善形態(tài)和提高載流子遷移率，其中在約70-18°C的溫度范圍內(nèi)處理所述透明襯底、 透明陽(yáng)極和有機(jī)活性層。
18.用于制造半透明太陽(yáng)能電池的方法，該方法包括提供透明襯底；在具有通過(guò)溶液處理沉積的有機(jī)層的透明襯底上形成陽(yáng)極，所述有機(jī)層具有體積和 嵌入該體積內(nèi)的金屬網(wǎng)；在透明陽(yáng)極上形成有機(jī)活性層，該有機(jī)活性層具有至少一種類型的施主分子和至少 一種類型的受主分子的混合物；以及通過(guò)蒸發(fā)在有機(jī)活性層上形成透明陰極，其中所述透明陰極至少是通過(guò)溶液處理或 熱蒸發(fā)沉積的η-型層，和形成透明導(dǎo)電氧化物層，該η-型層具有基本上類似于有機(jī)活性 層的最低未占據(jù)分子軌道能級(jí)的功函數(shù)。
19.權(quán)利要求18的方法，其中所述金屬網(wǎng)至少是金、鋁、銀、銅或涂覆有金的鉻。
20.權(quán)利要求18的方法，其中所述η-型層至少是碳酸銫、乙酰丙酮化鈣或氟化銫。
21.權(quán)利要求18的方法，其中所述導(dǎo)電氧化物層至少是氧化銦錫或氟化的氧化錫，其 中在所述η-型層的頂部上至少濺射或熱噴涂所述導(dǎo)電氧化物層。
22.權(quán)利要求18的方法，該方法還包括通過(guò)蒸發(fā)在所述η-型層的頂部上沉積厚度小 于20納米的至少金或銀的金屬層。
23.權(quán)利要求18的方法，其中有機(jī)活性層的形成還包括熱退火、溶劑退火或加入添 加劑用以改善形態(tài)和提高載流子遷移率，其中在約70-180°C的溫度范圍處理所述透明襯 底、透明陽(yáng)極和有機(jī)活性層。
24.半透明太陽(yáng)能電池，該電池包含 具有底表面和頂表面的透明襯底；在襯底的頂表面上的第一半透明電極，該第一半透明電極是透明導(dǎo)電氧化物層和 η-型界面層，其中該第一半透明電極是陰極；第二半透明電極，其由透明導(dǎo)電氧化物層制成并且具有界面層，其中該第二半透明 電極是陽(yáng)極；透明活性層，其在半透明陽(yáng)極和半透明陰極之間并且基本上由有機(jī)材料制成。
25.用于制造半透明太陽(yáng)能電池的方法，該方法包括 提供透明襯底在透明襯底的頂部上形成透明陰極，該形成過(guò)程包括如下步驟 在透明襯底上沉積透明導(dǎo)電氧化物層；通過(guò)溶液處理或熱蒸發(fā)在透明導(dǎo)電氧化物層上沉積η-型界面層；并且將透明陰極和 透明襯底在約70-180°C的溫度范圍內(nèi)退火；在透明陰極上形成至少一個(gè)有機(jī)活性層，其中該有機(jī)活性層通過(guò)溶液處理進(jìn)行沉積 并且具有至少一種類型的施主分子和至少一種類型的受主分子的混合物，該有機(jī)活性層 具有基本上類似于所述透明陰極的n-型層的最低未占據(jù)分子軌道能級(jí)； 在有機(jī)層上形成透明陽(yáng)極，形成過(guò)程包括如下步驟通過(guò)溶液處理沉積過(guò)渡金屬氧化物層，所述過(guò)渡金屬氧化物具有基本上類似于所述 有機(jī)活性層的最高占據(jù)分子軌道能級(jí)的功函數(shù)；以及 將透明導(dǎo)電氧化物層沉積到所述過(guò)渡金屬氧化物層上。
26.權(quán)利要求25的方法，其中所述過(guò)渡金屬氧化物至少是五氧化二釩、氧化鉬或氧化 鎢，其中所述過(guò)渡金屬氧化物層具有小于30納米的厚度。
27.權(quán)利要求25的方法，其中所述導(dǎo)電氧化物層至少是氧化銦錫或氟化的氧化錫，其 中在所述η-型層的頂部上至少濺射或熱噴涂所述導(dǎo)電氧化物層。
28.權(quán)利要求25的方法，其中所述η-型層至少是碳酸銫、乙酰丙酮化鈣或氟化銫。
29.用于制造半透明太陽(yáng)能電池的方法，該方法包括 提供透明襯底；在透明襯底的頂部上形成透明陰極，形成過(guò)程包括如下步驟 在透明襯底上沉積透明導(dǎo)電氧化物層；通過(guò)溶液處理或熱蒸發(fā)在該透明導(dǎo)電氧化物層上沉積η-型層；以及 將透明陰極和透明襯底在約70-180°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行退火； 在透明陰極上沉積至少一個(gè)有機(jī)活性層，其中該有機(jī)活性層通過(guò)溶液處理進(jìn)行沉 積，該至少一個(gè)有機(jī)活性層具有施主分子和受主分子的混合物并且具有基本上類似于所 述透明陰極的η-型層的最高占據(jù)分子軌道能級(jí)；在有機(jī)層上形成透明陽(yáng)極，形成過(guò)程包括如下步驟通過(guò)溶液處理沉積過(guò)渡金屬氧化物層，該過(guò)渡金屬氧化物具有基本上類似于所述有機(jī)活性層的最高占據(jù)分子軌道能級(jí)的功函數(shù)；以及在該過(guò)渡金屬氧化物層上沉積至少為金或銀的至少一個(gè)金屬膜。
30.權(quán)利要求四的方法，其中所述η-型層至少是碳酸銫、乙酰丙酮化鈣或氟化銫。
31.權(quán)利要求四的方法，其中所述過(guò)渡金屬氧化物至少是五氧化二釩、氧化鉬或氧化 鎢并且具有小于30納米的厚度。
32.權(quán)利要求四的方法，其中所述導(dǎo)電氧化物層至少是氧化銦錫或氟化的氧化錫并且 被至少濺射或熱噴涂在η-型層的頂部上。
全文摘要
半透明太陽(yáng)能電池具有透明襯底和作為陽(yáng)極的第一半透明電極。透明活性層基本上是有機(jī)材料層，其形成在所述陽(yáng)極的頂部上。在該活性層的頂部，形成第二半透明電極。該第二半透明電極是陰極。在變化形式中，第一半透明電極是陰極而第二半透明電極是陽(yáng)極。選擇陽(yáng)極和陰極相對(duì)于透明襯底的順序的靈活性允許提高加工技術(shù)，且因此允許增加可利用材料的量從而提高半透明太陽(yáng)能電池的功率轉(zhuǎn)化效率。
文檔編號(hào)H01L31/042GK102027602SQ200980113928
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月14日
發(fā)明者V·施洛特里亞, 李剛 申請(qǐng)人:朔榮有機(jī)光電科技公司