采用大環吸收層的三結疊層太陽能電池的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及一種太陽能電池器件，具體設及一種在可見光的各個波段都具有 強吸收的基于共輛大環吸光活性層的=結疊層太陽能電池，其吸光活性層采用多化咯共輛 大環化合物，因此具有原料來源豐富，價格低廉，無毒無害無污染，性質穩定，可W適用多 種電池加工工藝的優勢。
【背景技術】
[0002] 隨著化石能源的日益枯竭和其大量使用所帶來的一系列社會及環境問題，可再生 的清潔能源的開發和利用已經成為當下一個急需探索的課題。太陽能光伏發電技術和產品 在全球范圍內得到了高速增長，成為最具潛力的清潔能源。
[0003] 如何高效地吸收各個波段的太陽光能量是太陽能電池面臨的一個重大問題。由于 太陽光光譜的能量分布較寬，而一般的染料分子僅有一個主吸收峰，只有運個主吸收峰附 近的波段才是強吸收波段。解決運個問題有幾種可能的方案。一是通過化學合成方法將幾 種吸收峰不同的生色基團通過化學鍵連接在一個分子內。運種方法是理論上最理想的方 法，但是大部分時候僅僅局限于實驗室研究。因為通過多步化學合成制備出來分子的代價 是極其昂貴的，需要大量的時間，人力W及各種物質成本的投入，因此在短期內尚無大規模 工業化的可能性。另一種方案是使用疊層太陽能電池。在疊層太陽能電池中，數個有著不 同強吸收波段的太陽能電池被疊加在一起。他們按照吸收峰能量從大到小的順序從外向里 排列，讓波長最短（即能量最大）的光被最外邊的電池利用，波長較長的光能夠繼續透射進 去讓接下來的電池利用，運就有可能最大限度地吸收太陽光光譜的能量。
[0004] 目前已經有一些有機，無機或者有機無機雜化的疊層太陽能電池的嘗試。例如 授權公告號為CN202332974U的實用新型 < 一種疊層有機薄膜太陽能電池〉中，作者使用 N，N-雙取代-1，3, 8, 10-四甲基哇叮晚酬材料為太陽能電池的底層光吸收活性層，W銅獻 菁為太陽能電池的頂層光吸收活性層。在該實用新型中，雖然作者詳細介紹了N，N-雙取 代-1，3, 8, 10-四甲基哇叮晚酬材料的制備方法，但是該材料并不屬于常見材料，需要通過 多步化學方法制備，因此短期內并不具備大規模工業生產的潛力。又例如授權公告號為 CN20299687抓的實用新型 < 一種S結疊層薄膜太陽能電池〉中，作者使用了S種無機吸光 材料：非晶娃，蹄化儒和銅銅嫁砸。在授權公告號為CN202221772U的實用新型 < 一種蹄鋒 儒/多晶娃疊層薄膜太陽能電池〉中，作者則使用了蹄鋒儒和多晶娃。W上兩實用新型使 用的蹄化儒屬于劇毒物質，而使用的娃基材料則價格偏高。此外還有其它的疊層太陽能電 池的實用新型和實用新型被授權，但是運些更多地考慮是提高光電轉換效率，而沒有足夠 注重其它一些因素例如成本或者環境保護。另外迄今為止，尚沒有完全使用共輛大環活性 層的太陽能電池單元疊加在一起的報道。不同的共輛大環材料具有不同的吸收峰值，通過 適當的組合，可W使多個電池單元的吸收峰相互疊加相互補充，形成了一個在整個可見光 區域都具有強吸收的組合吸收譜。W若干個化咯基為骨架通過共輛橋化學鍵連接形成的共 輛K-JT大環體系，比如化嘟，亞獻菁和獻菁，具有極高的吸光系數，因此即使很小的濃度 也可W吸收大量的太陽光。運些共輛大環材料具有悠久的歷史，因此通過多年的積累已經 發展出成熟便利的制備工藝和低廉的價格。具備工業化大規模生產的可能性。同時，運類 共輛大環材料對環境友好，對人體無毒無害，很多已經大規模的作為染料，色素甚至藥物使 用，有些甚至就存在于人類和其他生物體內。另外，運類共輛大環材料具有極高的化學穩定 性和熱穩定性，很多可W裸露在空氣中數十年而不變質，即使是強酸強堿大部分情況下也 無法破壞運些大環的共輛體系，例如化學實驗室里就可W用98%的濃硫酸來清洗去 除娃獻菁中的雜質。綜上所述，運些多化咯共輛大環是一類非常理想的可廣泛應用于日常 生活的太陽能電池材料。

【發明內容】
陽〇化]為了克服上述現有技術的缺陷，本實用新型的目的在于提供采用大環吸收層的 =結疊層太陽能電池，該疊層電池將由=結電池單元組成，每結電池單元具有一個由電子 給體和電子受體組成的活性層，活性層里的電子給體同時作為吸光材料，活性層可W采取 平面雙層異質結或者混合本體異質結結構，并且電池單元的吸收峰位于可見光吸收波段 (380~780nm)的短波長區域（400-450nm)，中間波段區域巧50-580nm)W及長波長區域 化70-720nm)，由此=個強吸收峰相互疊加相互補充，形成了一個在整個可見光區域都具有 強吸收的吸收譜組合。
[0006] 為了達到上述目的，本實用新型的技術方案為：
[0007] 采用大環吸收層的=結疊層太陽能電池，其正向結構依次為：透明玻璃基底、透明 前電極、空穴傳輸層、第一活性層、第一中間層、第二活性層、第二中間層、第=活性層、電子 傳輸層和背電極，其中透明前電極為正極，背電極為負極；其反向結構的組成依次為：透明 玻璃基底，透明前電極、電子傳輸層、第一活性層、第一中間層、第二活性層、第二中間層、第 =活性層、空穴傳輸層和背電極，其中透明前電極是負極；背電極是正極。
[0008] 所述的中間層作為各個電池單元的連接過渡，在=結電池的=個活性層中間對應 有兩個中間層，活性層由電子給體和電子受體組成，其中電子給體同時作為吸光材料，活性 層采取平面雙層異質結或者混合本體異質結結構，=個活性層的吸收峰分別位于可見光吸 收波段的短波長區域，中間波段區域W及長波長區域。
[0009] 所述的=個活性層的電子給體分別采用化嘟，亞獻菁和獻菁運=類W化咯基為骨 架的共輛大環，即第一活性層的組成為化嘟和電子受體，第二活性層的組成為亞獻菁和電 子受體，第=活性層的組成為獻菁和電子受體。
[0010] 所述的化嘟是一種四個化咯單元通過次甲基橋（=CH-)聯接而形成的共輛大環 JT - JT體系，其吸收峰的位置在400-450nm，其結構式如下：
[0011]
[0012] 其中化咯是一種含有一個氮原子的五元雜環化合物，其結構式如下：
[0013]
[0014] 所述的亞獻菁是一種=個異嗎I噪單元通過共輛的氮原子聯接而形成共輛大環 JT-JT體系，其吸收峰的位置在550-580nm，其結構式如下：
[0015]
[0016] 異嗎I噪是一種由化咯與苯并聯的化合物，其并聯是通過化咯中不與氮原子相鄰的 兩個3號位與4號位碳原子實現的，其結構式如下：
[0017]
[0018] 所述的獻菁是一種四個異嗎I噪單元通過共輛的氮原子聯接而形成共輛大環31 - 31 體系，其吸收峰的位置在670-720nm，其結構式如下：
[0019]
[0020] W上化嘟，亞獻菁和獻菁的結構式上位于環正中的M為任意可插入共輛大環的金 屬或者非金屬原子，或者為兩個氨原子，當M為一個金屬或者非金屬原子時，可W存在通過 化學鍵或者弱作用與之相連的垂直于大環平面的配體，共輛大環邊緣的碳原子通過化學鍵 與各種取代基團相連。
[0021] 由于吸光材料使用了W化咯基為骨架的共輛大環化合物，該疊層電池具有眾多適 合推廣和工業化大規模生產的優勢：1)極高的吸光系數，因此即使很小的濃度也可W吸收 大