一種基于三端電極結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子光伏器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于有機(jī)光伏電池領(lǐng)域，具體是一種基于三端電極結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子光伏器件。包括作為第一電極層的ITO層、與ITO層導(dǎo)電面連接的有機(jī)小分子給體、與有機(jī)小分子給體另一面連接的有機(jī)小分子受體、與有機(jī)小分子受體另一面連接的第二電極層、與第二電極層另一面連接的介質(zhì)層、與介質(zhì)層另一面連接的第三電極層，第一電極層連接直流電壓源的負(fù)極，第三電極層連接在直流電壓源的正極，第一電極層和第二電極層作為輸出端。本發(fā)明通過在有機(jī)小分子光伏器件兩端施加一個電勢，從而在有機(jī)小分子光伏器件內(nèi)部行成一個強(qiáng)電場，提高了激子解離效率，提高了有機(jī)小分子光伏器件的能量轉(zhuǎn)換效益。
【專利說明】一種基于三端電極結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子光伏器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有機(jī)光伏電池領(lǐng)域，具體是一種基于三端電極結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子光伏器件。
【背景技術(shù)】
[0002]有機(jī)太陽能電池(0SC)具有柔性、成本低、可大面積制作等優(yōu)點(diǎn)，對從根本上解決環(huán)境污染和能源短缺問題具有重大意義。能量轉(zhuǎn)化效率低是制約其產(chǎn)業(yè)化的主要瓶頸。有機(jī)電池的工作原理分為光吸收產(chǎn)生激子、激子解離為載流子、載流子傳輸和抽取三個過程。目前大量的研究工作主要集中在通過改善其光吸收和載流子傳輸及抽取來提高OSC的效率[文獻(xiàn) Nano Letters, vol.12, 2488, 2012; Solar Energy Materials and SolarCells, vol.99，235，2012]，但通過探索新途徑調(diào)制激子傳輸、增加激子解離來提高OSC效率的研究較少。美國加利福尼亞大學(xué)Alen J.Heeger教授團(tuán)隊提出了體異質(zhì)結(jié)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過增加給體和受體的接觸界面，提高激子在界面處解離效率，使聚合物有機(jī)太陽能電池效率得到很大提高[文獻(xiàn)Scinece，vol.270，1789，1995]。但體異質(zhì)結(jié)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多用于聚合物太陽能電池。有機(jī)小分子太陽能電池通常采用雙層異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有利于載流子的傳輸，但由于激子只在雙層異質(zhì)結(jié)界面處才能解離，激子的解離效率低。激子的擴(kuò)散長度一般在10 nm量級，為了使激子有效解離，要求活性層盡量薄，但薄的活性層又降低了電池的光吸收。這一矛盾一直是制約其效率提升的主要因素。因此，探索新途徑提高激子的解離效率顯得尤為重要。
[0003]根據(jù)翁薩格效應(yīng)(Onsager effect)，如果激子從外場獲得足夠的能量來克服束縛能時，電子-空穴對就可分開形成自由載流子[文獻(xiàn)Physical Review, vol.54, 554，1938]。作為電子空穴束縛態(tài)系統(tǒng)，激子解離一般發(fā)生在兩種不同有機(jī)材料的界面處，在界面產(chǎn)生的強(qiáng)內(nèi)建電場作用下解離。非界面處的電場強(qiáng)度需要達(dá)到IO6 V/cm以上才能實(shí)現(xiàn)激子的有效解離。如何在有機(jī)太陽能電池內(nèi)形成高的電場強(qiáng)度是一個難點(diǎn)。上海大學(xué)張志林教授課題組、北京交通大學(xué)徐敘瑢院士團(tuán)隊利用強(qiáng)電場調(diào)制對有機(jī)發(fā)光中激子的動態(tài)過程進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究[文獻(xiàn)物理學(xué)報，vol.47，1536，1998;光譜學(xué)與光譜分析，vol.7, 1030, 2005]，但這些工作主要是通過對發(fā)光器件施加反向電壓來獲得強(qiáng)電場，這在有機(jī)太陽能電池中是不可行的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:如何提高有機(jī)小分子光伏器件的能量轉(zhuǎn)換效益。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種基于三端電極結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子光伏器件，包括作為第一電極層的ITO層、與ITO層導(dǎo)電面連接的有機(jī)小分子給體、與有機(jī)小分子給體另一面連接的有機(jī)小分子受體、與有機(jī)小分子受體另一面連接的第二電極層、與第二電極層另一面連接的介質(zhì)層、與介質(zhì)層另一面連接的第三電極層，第一電極層連接直流電壓源的負(fù)極，第三電極層連接在直流電壓源的正極，第一電極層和第二電極層作為輸出端。[0006]作為一種優(yōu)選方式:第二電極層為低功函數(shù)電極層。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過在有機(jī)小分子光伏器件兩端施加一個電勢，從而在有機(jī)小分子光伏器件內(nèi)部行成一個強(qiáng)電場，提高了激子解離效率，提高了有機(jī)小分子光伏器件的能量轉(zhuǎn)換效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
其中，1、IT0層，2、有機(jī)小分子給體，3、有機(jī)小分子受體，4、第二電極層，5、介質(zhì)層，6、第三電極層，7、太陽光，8、第一電極,9、第二電極，10、第三電極。
【具體實(shí)施方式】
[0009]如圖1所示，在ITO層的導(dǎo)電面通過真空熱蒸發(fā)掩膜依次蒸鍍有機(jī)小分子給體
CuPc (厚度20nm)、有機(jī)小分子受體Ceo (厚度40nm)、第二電極層鋁(厚度lOOnm)，然后通
過溶液旋涂介質(zhì)層PMMA (厚度400nm)，最后通過真空熱蒸發(fā)掩膜蒸鍍第三電極層鋁(厚度lOOnm), ITO層的導(dǎo)電面連接第一電極，第二電極層連接第二電極，第三電極層連接第三電極。具體實(shí)施過程，第一電極和第二電極產(chǎn)生的電能可以供給第一電極和第三電極使用，這樣在太陽能發(fā)電過程中，太陽能產(chǎn)生的電能直接供給第一電極和第三電極，并且由于第三電極層和第一電極層之間僅僅提供了電場，不產(chǎn)生電能消耗，或者消耗很少。由電場強(qiáng)度定義E=V/d可知，通過第一電極和第三電極加0.1 V電壓時，可在器件內(nèi)形成105V/cm的場強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在第三電極施加0.1V的電壓，在填充因子基本不變的情況下，短路電流和開路電壓都有所增加，電池能量轉(zhuǎn)換效率從0.52%提高到0.64%。
[0010]本發(fā)明實(shí)施例只是本發(fā)明的一種具體實(shí)施，本發(fā)明不局限于本實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種基于三端電極結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子光伏器件，其特征在于:包括作為第一電極層的ITO層、與ITO層導(dǎo)電面連接的有機(jī)小分子給體、與有機(jī)小分子給體另一面連接的有機(jī)小分子受體、與有機(jī)小分子受體另一面連接的第二電極層、與第二電極層另一面連接的介質(zhì)層、與介質(zhì)層另一面連接的第三電極層，第一電極層連接直流電壓源的負(fù)極，第三電極層連接在直流電壓源的正極，第一電極層和第二電極層作為輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所示的一種基于三端電極結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子光伏器件，其特征在于:第二電極層為低功函數(shù)電極層。
【文檔編號】H01L51/42GK103872247SQ201410100975
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】孫欽軍, 高利巖, 趙煥斌, 周淼, 郝玉英, 史方 申請人:太原理工大學(xué)