本实用新型涉及一种多结叠层有机太阳能电池。
背景技术：
有机太阳能电池是20世纪90年代发展起来的新型太阳能电池，它是由有机光活性层夹在两个不同极性的电极之间构成的器件。与无机太阳能电池相比，它具有成本低廉、制备简单、可大面积制造、柔性和环境友好等优点，因此具有广阔的发展和应用前景。单结有机太阳能电池使用单层光活性层，导致有机半导体光活性层的吸收光谱通常不够宽，不能实现太阳光的充分吸收，效率比较低。因此叠层结构的有机太阳能电池备受人们关注。
有机叠层太阳能电池是将两个或两个以上的子电池用中间连接层连接起来而形成串联或并联结构的电池。它利用各子电池光谱吸收的互补性，有效地拓宽了电池对太阳光的吸收，从而提高电池的效率。因此相比单结太阳能电池，叠层太阳能电池可获得更高的能量转换效率。
近年来，人们提出了不同结构的叠层太阳能电池，例如：透明导电衬底/聚合物子电池/小分子子电池/背反射金属电极的结构、透明导电衬底/小分子子电池/小分子子电池/背发反射金属电极的结构和透明导电衬底/聚合物子电池/聚合物子电池/背反射金属电极的结构。然而这些结构仅允许先制备聚合物子电池，之后再制备小分子子电池，这就限制了聚合物材料在与背反射电极接触的子电池中使用。而今年来随着非富勒受体材料的发展，使得基于非富勒烯子电池的吸收光谱扩展到了红外和紫外区域。将基于非富勒烯受体的聚合物子电池引入到多结叠层有机太阳能电池中可有效拓宽电池的吸收光谱，增加电池对太阳光谱的利用率。同时为了使叠层有机太阳能电池的开路电压达到4v以上，叠层结构需要采用大于5个以上的子电池串联，因此，在不同的子电池中分别采用小分子有机材料和聚合物有机材料十分重要。
然而目前多结机叠层有机太阳能电池的制备仍很难实现，特别是聚合物子电池分列于有机小分子子电池两侧的多结叠层有机太阳能电池更难实现。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了多结叠层有机太阳能电池，解决了上述背景技术中的问题。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：多结叠层有机太阳能电池，依次由透明导电衬底、聚合物子电池、至少三结串联的小分子子电池、底层聚合物子电池、金属背反射电极组成，所述透明导电衬底为太阳光入射层。
在本实用新型一较佳实施例中，所述三结串联的小分子子电池结构为：
ag(1nm)/moo3(5nm)/subpc(5nm)/subpc:c70(1:1,20nm)/c70(10nm)/bcp(4nm)/ag(1nm)/moo3(5nm)/dtdctb(5nm)/dtdctb:c70(6:5,20nm)/c70(10nm)/bcp(4nm)/ag(1nm)/moo3(5nm)/alpccl(5nm)/alpccl:c70(1:1,20nm)/c70(10nm)/bcp(4nm)/ag(1nm)/moo3(5nm)。
在本实用新型一较佳实施例中，所述聚合物子电池结构为：
pedot:pss(60nm)/p3ht：pc71bm(1:0.8,100nm)。
在本实用新型一较佳实施例中，底层聚合物子电池的结构为：pdpptpt：pc71bm(1:2,100nm)。
在本实用新型一较佳实施例中，所述金属背反射电极为低功函数金属电极，包括al(100nm)，ca/ag(3nm/100nm),mg/ag(3nm/100nm)。
在本实用新型一较佳实施例中，所述透明导电衬采用氧化铟锡ito玻璃或具有金属薄膜的玻璃，所述金属为au或ag，其中ito膜、au或ag作为器件的阳极。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
本实用新型利用基于pdms模板转写技术将金属背反射电极、底层聚合物子电池转写到聚合物-小分子子电池表面，从而保证在小分子子电池表面制备聚合物子电池，同时不会破坏前结小分子子电池的结构，各子电池得到充分保护，从而实现子电池数量大于5的，且在电池吸收光谱互补的多结叠层有机太阳能电池的制备，有利于提高有机太阳能电池的光谱利用率和开路电压。
附图说明
图1为本实用新型多结叠层有机太阳能电池结构示意图；
图2为前子电池结构示意图；
图3为后子电池结构示意图；
图4为pdms模板转写过程结构示意图。
其中，1-太阳光，箭头表示入射方向；2-透明导电衬底；3-聚合物子电池；4、5、6-小分子子电池；7-底层聚合物子电池；8-金属背反射电极；9-pdms衬底。
具体实施方式
实施例1
如图1，本实施例的一种多结叠层有机太阳能电池，依次由透明导电衬底2、聚合物子电池3、三结串联的小分子子电池、底层聚合物子电池7、金属背反射电极8组成，所述透明导电衬底为太阳光入射层。
本实施例的透明导电衬底2采用氧化铟锡ito玻璃作为透明导电衬底2，其中ito膜作为器件的阳极；聚合物子电池3结构为：pedot:pss(60nm)/p3ht：pc71bm(1:0.8,100nm)；底层聚合物子电池7结构为：pdpptpt：pc71bm(1:2,100nm)；三层的小分子子电池结构为：ag(1nm)/moo3(5nm)/subpc(5nm)/subpc:c70(1:1,20nm)/c70(10nm)/bcp(4nm)/ag(1nm)/moo3(5nm)/dtdctb(5nm)/dtdctb:c70(6:5,20nm)/c70(10nm)/bcp(4nm)/ag(1nm)/moo3(5nm)/alpccl(5nm)/alpccl:c70(1:1,20nm)/c70(10nm)/bcp(4nm)/ag(1nm)/moo3(5nm)。金属背反射电极8为蒸镀有一层厚度为3nm/100nm的ca/ag复合金属电极。
本实施例的制备方法包括如下步骤：
1)制备聚合物子电池3、至少三层小分子子电池依次堆叠的前子电池，如图2：
①透明导电衬底2采用氧化铟锡ito玻璃或具有金属薄膜的玻璃，所述金属为au或ag，其中ito膜、au或ag作为器件的阳极；
②以旋涂的方式在透明导电衬底2表面制备有机聚合物子电池3的各有源层；
③以真空热沉积的方法在聚合物子电池3上沉积至少三个小分子子电池使其形成三结串联，并用臭氧等离子体处理1s。
2)制备pdms衬底9、金属背反射电极8和底层聚合物子电池7依次堆叠的后子电池，如图3：
①将pdms的预聚物和固化剂以10:1的质量比充分混合，通过热固化在玻璃模具中制备厚度为2～3mm的pdms衬底9，切成设定的形状，作为后子电池的基底；
②pdms衬底9利用臭氧等离子体处理5s；
③以真空热沉积的方法在pdms衬底9上蒸镀有一层厚度为3nm/100nm的ca/ag复合金属电极，得到金属背反射电极；
④在ca/ag复合金属电极表面旋涂一层10nm厚的聚乙烯亚胺；
⑤以旋涂的方式在金属背反射电极上制备底层聚合物子电池。
3)pdms模板转写：
如图4，将后子电池的底层聚合物子电池7与前子电池的小分子子电池6表面紧密贴合，在氮气保护的手套箱中用工具按压，再将pdms衬底9揭去，得到多结叠层有机太阳能电池。
以上所述，仅为本实用新型较佳实施例而已，故不能依此限定本实用新型实施的范围，即依本实用新型专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖的范围内。
1.多结叠层有机太阳能电池，其特征在于：依次由透明导电衬底、聚合物子电池、至少三结串联的小分子子电池、底层聚合物子电池、金属背反射电极组成，所述透明导电衬底为太阳光入射层。
2.根据权利要求1所述的多结叠层有机太阳能电池，其特征在于，所述三结串联的小分子子电池结构为：
ag/moo3/subpc/subpc:c70/c70/bcp/ag/moo3/dtdctb/dtdctb:c70/c70/bcp/ag/moo3/alpccl/alpccl:c70/c70/bcp/ag/moo3。
3.根据权利要求2所述的多结叠层有机太阳能电池，其特征在于：所述小分子子电池中ag层厚度为1nm，moo3层厚度为5nm，subpc层厚度为5nm，subpc:c70、dtdctb:c70、alpccl:c70层的厚度为20nm且二组分的质量比为1:1，c70层的厚度为10nm，bcp层的厚度为4nm。
4.根据权利要求1所述的多结叠层有机太阳能电池，其特征在于，所述聚合物子电池结构为：pedot:pss/p3ht：pc71bm。
5.根据权利要求4所述的多结叠层有机太阳能电池，其特征在于：所述聚合物子电池中pedot：pss厚度为60nm，p3ht：pc71bm的质量比为1:0.8且厚度为100nm。
6.根据权利要求1所述的多结叠层有机太阳能电池，其特征在于，底层聚合物子电池结构为：pdpptpt：pc71bm。
7.根据权利要求6所述的多结叠层有机太阳能电池，其特征在于：所述底层聚合物子电池中pdpptpt：pc71bm的质量比为1:2且厚度为100nm。
8.根据权利要求1所述的多结叠层有机太阳能电池，其特征在于：所述金属背反射电极为低功函数金属电极，其金属包括al、ca/ag、mg/ag。
9.根据权利要求1所述的多结叠层有机太阳能电池，其特征在于：所述透明导电衬采用氧化铟锡ito玻璃或具有金属薄膜的玻璃，所述金属为au或ag，其中ito膜、au或ag作为器件的阳极。
技术总结