專利名稱：光電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電池，該光電池具有光敏層，該光敏層由兩種組分制成，即電子給體和電子受體，特別是共軛聚合物組分和富勒組分，且該光電池有在光敏層的兩側(cè)的兩個(gè)金屬電極。
背景技術(shù)：
具有大量π電子系統(tǒng)的塑料稱為共軛塑料，在該塑料中，單鍵和雙鍵彼此順序交替。這些共軛塑料有著與半導(dǎo)體的電子能相當(dāng)?shù)哪軒?，因此，它們也可以通過(guò)摻雜而從非導(dǎo)電狀態(tài)轉(zhuǎn)變成導(dǎo)電狀態(tài)。這樣的共軛塑料的實(shí)例為聚苯、聚亞苯乙烯(PPV)、聚噻吩或聚苯胺。不過(guò)，由共軛聚合物制成的聚合物光電池的能量轉(zhuǎn)換效率通常在10-3和10-2％之間。為了提高該效率，已經(jīng)提出了由兩種共軛聚合物組分制成的異種層(美國(guó)專利5670791A)，一個(gè)聚合物組分用作電子給體，另一聚合物組分用作電子受體。通過(guò)使用富勒，尤其是巴克明斯特富勒C60來(lái)作為電子受體(美國(guó)專利5454880A)，電荷載流子以其它方式在光敏層中的再結(jié)合能夠基本避免，這使得效率顯著增加。為了達(dá)到良好的效率，需要進(jìn)行良好的電荷分離，但是這不是充分條件，因?yàn)檫€必須保證分離的電荷到達(dá)光電池的相應(yīng)電極。在該連續(xù)的普通光電池中，由銦/錫氧化物(ITO)制成的空穴收集電極和由鋁制成的電子收集電極已經(jīng)證明了這些情況。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明基于這樣的目的，即以可以增加光敏層和電極之間的電荷遷移以提高短路電流的方式來(lái)設(shè)計(jì)前述類(lèi)型的光電池。
本發(fā)明通過(guò)在光敏層和至少一個(gè)電極之間提供由共軛聚合物制成的中間層來(lái)實(shí)現(xiàn)所述目的，該共軛聚合物根據(jù)電極電勢(shì)而進(jìn)行摻雜，且該共軛聚合物的電子能具有至少1.8eV的、在價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的能帶間隙。
因?yàn)橹虚g層的共軛聚合物根據(jù)電極電勢(shì)來(lái)進(jìn)行摻雜，這意味著在空穴收集電極附近摻雜氧化雜質(zhì)，而在電子收集電極附近摻雜還原雜質(zhì)，共軛聚合物保證在空穴收集電極附近空穴過(guò)量，而在電子收集電極附近電子過(guò)量，這樣，在氧化摻雜聚合物附近，空穴傳導(dǎo)增強(qiáng)，而在還原摻雜聚合物附近，電子傳導(dǎo)增強(qiáng)。不過(guò)，因?yàn)楦髦虚g層的共軛聚合物在電子能帶方面在價(jià)帶和導(dǎo)帶之間有至少1.8eV的能帶間隙，因此，相應(yīng)的高活化能導(dǎo)致固有的傳導(dǎo)，在聚合物層摻雜氧化雜質(zhì)的情況下，這將阻礙電子從光敏層向空穴收集電極的傳導(dǎo)，而在聚合物層摻雜還原雜質(zhì)的情況下，將阻礙電子學(xué)光敏層向電子收集電極的傳導(dǎo)。因此，借助于這些單獨(dú)的中間層，可以獲得閥效果，它支持將各相鄰電極的從光敏層向電極集中的電荷載流子的傳導(dǎo)，但是阻礙相反電荷沿同一方向的擴(kuò)散。由于這些單獨(dú)層，可以提高電荷向電極的傳導(dǎo)，這直接導(dǎo)致短路電流的增加。不用說(shuō)，根據(jù)用途，光電池可以是在空穴收集電極和光敏層之間有中間層，在電子收集電極和光敏層之間有中間層，或者是在兩電極附近都有中間層。
盡管不同共軛聚合物可以進(jìn)行相應(yīng)的摻雜氧化雜質(zhì)或摻雜還原雜質(zhì)，以便用于中間層，但是特別優(yōu)選是該中間層由摻雜的聚噻吩衍生物制成，應(yīng)當(dāng)知道，聚合物的概念是指高聚物和低聚物。


附圖中表示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例。
圖1以示意剖視的方式表示了本發(fā)明的光電池的詳圖；以及圖2表示了普通光電池和本發(fā)明的光電池的電流-電壓特性曲線。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，光電池包括透明玻璃載體1，由銦/錫氧化物(ITO)制成的電極層2涂覆在該透明玻璃載體1上。電極層2通常有相對(duì)粗糙的表面結(jié)構(gòu)，因此，它由聚合物制成的光滑層3覆蓋，該聚合物通常為PEDOT，且該聚合物通過(guò)摻雜質(zhì)而具有導(dǎo)電性。與該類(lèi)型的普通光電池相反，根據(jù)本發(fā)明，光敏層4并不直接涂覆在該光滑層上，而是涂覆在中間層5上，該中間層由共軛聚合物制成，優(yōu)選是由聚(3-烷基噻吩)制成，該共軛聚合物在涂覆在光滑層3上后利用四氟硼酸亞硝(nitrosonium tetrafluoroborate)進(jìn)行氧化雜質(zhì)摻雜，以便獲得相應(yīng)的空穴過(guò)多量。
以溶液形式涂覆在中間層5上的光敏層4由共軛聚合物和富勒制成，該共軛聚合物作為電子給體，優(yōu)選是聚噻吩衍生物，該富勒作為電子受體，特別是官能團(tuán)富勒PCBM。應(yīng)當(dāng)知道，聚合物的意思是高聚物和低聚物。電子收集電極6由鋁制成，在所示實(shí)施例中，該電子收集電極6在不再插入其它中間層的情況下真空沉積在光敏層4上，不過(guò)，這完全可能。這時(shí)，中間層的共軛聚合物將根據(jù)電子收集電極6的負(fù)電勢(shì)而進(jìn)行還原雜質(zhì)摻雜，以便保證相應(yīng)的電子過(guò)量。
由于中間層5在價(jià)帶和導(dǎo)帶之間有至少1.8eV的能帶間隙，因?yàn)樵撃軒чg隙相對(duì)較寬，電子更難以從光敏層4進(jìn)入中間層5，同時(shí)不會(huì)削弱在光敏層和空穴收集電極2之間的空穴傳導(dǎo)。例如，相對(duì)于PEDOT層3，中間層5的共軛聚合物的導(dǎo)帶的能量級(jí)大大高于光敏層4的電子受體的能帶。這導(dǎo)致單極電荷從光敏層4向空穴收集電極2傳送，這可以從短路電流的相應(yīng)增加而看出，如圖2所示。在圖2中，表示了在80mW/cm2激勵(lì)能量下和在模擬AM1.5情況時(shí)，本發(fā)明的光電池與結(jié)構(gòu)為沒(méi)有中間層5的電池進(jìn)行對(duì)比時(shí)的電流密度I與電壓U的關(guān)系曲線。圖中顯示，對(duì)于本發(fā)明的光電池的特性曲線7，在電壓U＝0V時(shí)測(cè)得的短路電流近似為在特性曲線8中表示的對(duì)比電池的短路電流的兩倍。
不需要更詳細(xì)的介紹，應(yīng)當(dāng)知道當(dāng)中間層5位于光敏層4和電子收集電極6之間時(shí)，起決定作用的是價(jià)帶之間的距離，而表示導(dǎo)帶。
因?yàn)樵撾娊^緣過(guò)渡層6的效果并不局限于以共軛聚合物作為電子給體和以富勒作為電子受體，因此，在具有由電子給體和電子受體制成的雙組分分子層的所有光電池中，都可以看到本發(fā)明的效果。
權(quán)利要求
1.一種光電池，有由兩種分子組分制成的光敏層(4)，即電子給體和電子受體，特別是共軛聚合物組分和富勒組分，且該光電池有在光敏層(4)的兩側(cè)的兩個(gè)金屬電極(2、6)，其特征在于在光敏層(4)和至少一個(gè)電極(2、6)之間提供由共軛聚合物制成的中間層(5)，該共軛聚合物根據(jù)電極電勢(shì)而進(jìn)行摻雜，且該共軛聚合物的電子能具有至少1.8eV的、在價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的能帶間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電池，其特征在于該中間層(5)由摻雜的聚噻吩衍生物制成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種光電池，該光電池有由兩種分子組分制成的光敏層(4)，即電子給體和電子受體，特別是共軛聚合物組分和富勒組分，且該光電池有在光敏層(4)的兩側(cè)的兩個(gè)金屬電極(2、6)。為了提供優(yōu)選的結(jié)構(gòu)，還提出在光敏層(4)和至少一個(gè)電極(2、6)之間提供由共軛聚合物制成的中間層(5)，該共軛聚合物根據(jù)電極電勢(shì)而進(jìn)行摻雜，且該共軛聚合物的電子能具有至少1.8eV的、在價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的能帶間隙。
文檔編號(hào)H01L51/30GK1426608SQ01808607
公開(kāi)日2003年6月25日 申請(qǐng)日期2001年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月27日
發(fā)明者西恩·沙欣, 克里斯托夫·布雷貝克, 托馬斯·弗羅姆赫茲, 弗朗茲·帕丁格, 塞達(dá)·薩里西夫茨, 埃哈德·格洛茲爾 申請(qǐng)人:奎塞爾－匡塔姆·索拉能源林茨研發(fā)公司