專利名稱：具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池及其制造方法
技術領域：
本發明涉及聚合物太陽能電池領域，具體涉及一種具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池及其制造方法。
背景技術：
在全球能源需求日漸增加的趨勢下，太陽能被視為最有前途的可利用的可再生能源之一。與結構工藝復雜、成本高昂、光電壓受光強影響波動大的傳統半導體固結太陽電池相比，聚合物太陽能電池因其加工容易、毒性小、成本低和材料選擇余地大等特點，引起了廣泛的關注。大量研究表明，在廣泛發展的聚合物太陽能電池中，聚合物太陽能電池因其重量輕可制成柔性、特種形狀器件，通過分子設計和合成新型半導體聚合物或有機分子可以方便調控器件的性能等這些獨特的優點，已成為近年來的太陽能領域一個研究熱點。
對于聚合物太陽能電池來說不可避免的存在光反射損失的問題，從而影響了電池的效率，造成聚合物太陽能電池的光吸收效率較低主要有三個主要原因1)半導體的能隙太高，太陽到達地球表面的能量主要集中在400 110Onm范圍內，能隙寬度為I.IeV(IlOOnm)的半導體可以吸收地面上77%的太陽輻射，而多數的導電聚合物的能隙大于2. OeV，這限制了聚合物太陽能電池的光吸收效率；2)導電聚合物活化層太薄，雖然增加活化層的厚度可提高光吸收效率，但這又與激子需要較小的擴散長度相矛盾，增加活化層的厚度不是提高光吸收效率的理想方法；3)光的反射，目前提高聚合物太陽能電池光吸收效率的思路主要從改進導電聚合物材料上來考慮，集中在提高激子的擴散長度及發展低能帶隙的聚合物上面，如專利號為ZL200410014324. 7、名稱為“軟基固態染料敏化薄膜太陽能電池及其制備方法”的中國專利，專利號為ZL 200410017830. I、名稱為“基于聚合物摻雜準固態電解質材料的太陽能電池及其制備方法”的中國專利，而對于如何降低光反射以提高聚合物太陽能電池的光吸收效率沒有相關的研究報道。
和無機太陽能電池中廣泛應用抗反射層(如典型的硅太陽能電池中的制絨工藝) 來提高其光吸收效率相比，在聚合物太陽能電池的光吸收層(即導電聚合物層)加工抗反射層結構有較大的難度。導電聚合物(conductingpolymer)又稱導電高分子,是指通過摻雜等手段，能使得電導率在半導體和導體范圍內的聚合物。這一類聚合物主鏈上含有交替的單鍵和雙鍵，從而形成了大的共軛n鍵體系，而n電子的流動是其能夠導電的原因。與此同時，共軛n鍵的作用使得大部分導電聚合物難溶和難熔，導電聚合物一旦形成導電聚合物層很難進行再加工。在聚合物太陽能電池中為了增強導電聚合物的熱穩定性及增加光吸收效果，通常還將富勒烯共價鍵鏈接到導電聚合物材料上，這些結構進一步增強了導電聚合物分子鏈的剛性。此外，大部分導電聚合物對環境比較敏感，其電特性在氧化、潮濕和化學作用下容易隨時間退化，這使得在微納加工領域中廣泛使用的加工方法如化學刻蝕、 等離子刻蝕、LIGA技術等方法應用到導電聚合物微納結構的加工上都存在著較大的局限性。上述的問題使得在導電聚合物上進行有效地、低成本的微納結構加工成為一個難點，這也是目前沒有聚合物太陽能電池抗反射層結構相關報道的一個重要原因。
當物體表面的功能結構尺寸與照射光的波長相當或比照射光的波長更小的情況下，通過多次折射，光的反射作用會被大大削弱，該種周期性的納米尺度結構稱之為亞波長抗反射結構。發明內容
本發明提供了一種具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池，通過在導電聚合物層表面設置突起形成亞波長抗反射結構，大大削弱光的反射作用，有效地束縛住光束，從而提高聚合物太陽能電池的光轉化效率。
—種具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池，包括蓋板、陰極、給體層、受體層和陽極，給體層為導電聚合物層，所述的導電聚合物層靠近陰極一側設有亞波長抗反射結構，所述的亞波長抗反射結構包括若干個結構尺寸小于等于400nmX400nmX400nm的突起。
所述的亞波長抗反射結構與導電聚合物層的材料一致。
為了得到更好的發明效果，以下作為本發明的優選
所述的突起之間的間距小于等于400nm，使得突起之間照射光能在各個突起之間多次折射，能有效地束縛住光束，減少反射。
進一步優選，所述的突起的結構尺寸大于等于50nmX50nmX50nm且小于等于 300nmX 300nmX 300nm ;所述的突起之間的間距大于等于50nm且小于等于300nm。該結構尺寸的突起和間距能夠更好地束縛住光束，減少反射，提高聚合物太陽能電池的光轉化效率。
更進一步優選，所述的突起的結構尺寸大于等于IOOnmX IOOnmX IOOnm且小于等于200nmX 200nmX 200nm ;所述的突起之間的間距大于等于IOOnm且小于等于250nm。該結構尺寸的突起和間距能夠很好地束縛住光束，減少反射，提高聚合物太陽能電池的光轉化效率。
多個突起的結構尺寸相同，并等距設置在導電聚合物層上。通過這些周期性結構的設置，保證了入射光在導電聚合物層表面多次折射，減少反射。
所述的突起為正棱柱、正棱錐中的一種或者兩種。所述的突起為正方體、正四棱錐、正三棱錐、正六棱柱中的一種或兩種以上。這些規則的形狀能更好地束縛住光束，減少反射。
本發明還提供了一種具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池的制備方法，采用超聲復合熱轉印的加工方法進行亞波長抗反射結構的加工，通過超聲場來降低導電聚合物中共軛分子鏈間的強剛性，改善導電聚合物的流動特性，以獲得更好的壓印質量。
所述的具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池的制備方法，包括以下步驟
I)根據所需的亞波長抗反射結構制備壓印模具；
2)安裝好壓印模具，將導電聚合物層、受體層和陽極安裝好，作為基片放入工作臺，然后將壓印模具與導電聚合物層貼合，抽真空；
3)將壓印模具與基片加熱至熱轉印工作溫度，在施加超聲波的條件下壓印，保壓后降溫；
4)當溫度降至脫模溫度時，在施加超聲波的條件下先釋放真空再脫模分離壓印模具與基片；
5)脫模分離后的基片與蓋板、陰極組裝后，得到具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池。
進一步優選，所述的具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池的制備方法，包括以下步驟
I)根據所需的亞波長抗反射結構制備壓印模具；
2)安裝好壓印模具，將導電聚合物層、受體層和陽極安裝好，作為基片放入工作臺，然后將壓印模具與導電聚合物層貼合，抽真空，相對真空度為-0. 09MPa -0. IMPa ；
3)將壓印模具與基片加熱至熱轉印工作溫度120°C 300°C，在熱轉印壓力為 0. 7MPa I. OMPa和施加沿壓印模具移動方向的超聲波的條件下壓印，并保持熱轉印壓力 30s 180s，降溫；
4)當溫度降至脫模溫度80°C 150°C時，在施加沿壓印模具移動方向的超聲波的條件下先釋放真空再脫模分離壓印模具與基片；
5)脫模分離后的基片與蓋板、陰極組裝后，得到具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池。
進一步優選，步驟3)和4)中，所述的超聲波由超聲波發生器發出，超聲波發生器的輸出功率為IOW 200W，共振頻率為5KHZ 10KHZ，最大振幅為I. 2 y m I. 8 y m。一般頻率為5KHz lOKHz，可稱為超聲波，定義為高頻超聲。步驟3)中，通過高頻超聲波來降低導電聚合物中共軛分子鏈間的強剛性，改善導電聚合物的流動特性；步驟4)中，高頻超聲波可以在壓印模具和導電聚合物層之間起到潤滑效果，便于壓印模具和與導電聚合物層分離。
更進一步優選，步驟3)和4)中，所述的超聲波由超聲波發生器發出，超聲波發生器的輸出功率為100W 200W，共振頻率為9KHZ lOKHz，最大振幅為I. 5 y m I. 8 y m。 該優選范圍內發射的超聲波，能起到更好地改善導電聚合物的流動特性，也能在壓印模具和導電聚合物層之間更好地發揮潤滑效果，便于分離。
與現有技術相比，本發明的有益效果是
本發明具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池，在聚合物太陽能電池的導電聚合物層上制備亞波長抗反射結構，使得光線入射到太陽能電池表面的時候，通過導電聚合物層表面的亞波長抗反射結構的多次折射，大大削弱光的反射作用，能有效地束縛住光束，增加透射率，提高聚合物太陽能電池的光轉化效率。與現有的提高聚合物太陽能電池的光吸收率方法相比，重點不在于聚合物太陽能電池的光吸收層(導電聚合物層)的材料成分的改善，而是從結構上直接改進，可以適合于不同的導電聚合物材料，應用對象廣，有利于聚合物太陽能電池的推廣應用。
本發明具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池的制備方法，采用超聲復合熱轉印的加工方法進行亞波長抗反射結構的加工，通過超聲場來降低導電聚合物中共軛分子鏈間的強剛性，改善導電聚合物的流動特性，以獲得更好的壓印質量。同時，超聲場對壓印模具和導電聚合物層間起到潤滑效果，便于壓印模具與導電聚合物層分離，降低了壓印模具與導電聚合物分離時對亞波長抗反射結構所造成破壞，從而可以得到較高質量的亞波長抗反射結構。該制備方法加工成本低、加工高效，易于工業化生產，具有較好的經濟效益和廣闊的應用前景。


圖I為本發明具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池的結構示意圖2為本發明的亞波長抗反射結構中突起為正方體的結構示意圖3為圖2中沿A-A剖面線的剖視圖4為本發明的亞波長抗反射結構中突起為正四棱錐的結構示意圖5為本發明的亞波長抗反射結構中突起為正六棱柱的結構示意圖6為本發明超聲波輔助熱轉印的原理示意圖7為本發明具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池的制備方法的流程示意圖。
具體實施方式
圖I所示，為本發明具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池，包括依次設置的蓋板I、陰極2、給體層4、受體層5和陽極6，太陽光7從蓋板I方向射入，給體層4為導電聚合物層，導電聚合物層靠近陰極2 —側設有亞波長抗反射結構3，亞波長抗反射結構 3包括若干個結構尺寸小于等于400nmX400nmX400nm的突起，突起之間的間距小于等于 400nm。蓋板I 一般為透明玻璃或透明塑料，陰極一般為透明并導電的氧化銦錫薄膜，具體實施中，一般將帶有氧化銦錫薄膜的透明玻璃或透明塑料作為蓋板I和陰極2。給體層4中的導電聚合物為聚苯胺(PAn)、聚吡咯(PPy)、聚對苯撐乙烯(PPV)、聚噻吩(PT)、聚芴(PF) 等中的一種。受體層5的材料為富勒烯(C6tl)、茈二酰亞胺(PV)、納米TiO2、納米ZnO等中的一種。陽極6中的材料有鋁、銀等中的一種。
亞波長抗反射結構3中的若干個突起的結構尺寸相同，并等距設置在導電聚合物層上，突起可以是正棱柱、正棱錐中的一種或者兩種，具體的，突起為正方體、正四棱錐、正三棱錐、正六棱柱中的一種或兩種以上。如圖2和圖3所示，突起為正方體，b = 150nm, d =300nm, h = 150nm;如圖4所示,突起為正四棱錐,相鄰正四棱錐的間距為120nm,正四棱錐的底面正方形的邊長為200nm，高度150nm，即突起的結構尺寸為200nmX 200nmX 150nm ； 如圖5所示，突起為正六棱柱，突起的底面正六邊形的邊長L為lOOnm，高為150nm，突起的底面正六邊形中心到相鄰突起的底面正六邊形中心的間距為450nm，即相鄰突起之間的間距等于250nm。
如圖6所示，本發明的具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池的制備可以采用現有的熱壓成型設備，關鍵是增加了超聲波發生器11進行輔助，包括壓印模具8、基片9、 工作臺10以及放置在工作臺10的正下方的超聲波發生器11，基片9包括給體層4、受體層 5和陽極6。
如圖I、圖6、圖7所示，一種具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池的制備方法，包括以下步驟
I)根據所需的亞波長抗反射結構3制備壓印模具8 ；
即根據所需突起的形狀、間距和個數制備壓印模具8，制備與亞波長抗反射結構3 凹凸相反結構的壓印模具8，該壓印模具8可以通過現有的LIGA技術制備，LIGA是光刻、電鑄和注塑的縮寫，LIGA技術是一種基于X射線光刻技術的MEMS加工技術，是一種常用的微納結構的加工制作方法，壓印模具8的材料為硅或鎳；
2)安裝好壓印模具8，將導電聚合物層、受體層5和陽極6依次安裝好，作為基片 9放入工作臺10，基片9上的導電聚合物層朝向壓印模具8，超聲波發生器11放置在工作臺10的正下方，以使能夠施加沿壓印模具8移動方向的超聲波，然后將壓印模具8與導電聚合物層9貼合，抽真空，相對真空度為-0. 09MPa -0. IMPa ；
3)將壓印模具8與基片9加熱至熱轉印工作溫度120°C 300°C，在熱轉印壓力為0. 7MPa I. OMPa和施加沿壓印模具8移動方向的超聲波的條件下壓印，并保持熱轉印壓力30s 180s，保持熱轉印壓力不變，撤去超聲波振動，降低溫度；
4)當溫度降至脫模溫度80°C 150°C時，在重新施加沿壓印模具8移動方向的超聲波的條件下先釋放真空，待壓力減至零再脫模分離壓印模具8與基片9，脫模分離后的基片9與蓋板I、陰極2組裝后，得到具有亞波長抗反射結構3的聚合物太陽能電池。
步驟3)和4)中,超聲波由超聲波發生器11發出，超聲波發生器11的輸出功率為 IOW 200W，共振頻率為5KHz lOKHz，最大振幅為I. 2 y m I. 8 y m。
實施例I
如圖I、圖6、圖7所示，一種具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池的制備方法，包括以下步驟
I)根據所需的亞波長抗反射結構3，如圖2和圖3所示，突起為正方體，結構尺寸等于 150nmX 150nmX 150nm, b = 150nm, d = 300nm, h = 150nm,突起之間的間距等于 150nm, 制備與該亞波長抗反射結構3凹凸相反結構的壓印模具8 ;該壓印模具8通過現有的LIGA 技術制備，壓印模具8的材料為鎳；
2)安裝好壓印模具8，將導電聚合物層、受體層5和陽極6依次安裝好，導電聚合物層(即給體層4)的導電聚合物為聚噻吩(平均分子量為34kD，kD是千道爾頓)，厚度為 50 u m,受體層5為茈二酰亞胺(PV)(平均分子量為38kD)，厚度為20 u m,陽極6為鋁膜，厚度為lOOnm，作為基片9放入工作臺10，基片9的大小為IOOmmX 100mm，基片9上的導電聚合物層朝向壓印模具8，超聲波發生器11放置在工作臺10的正下方，以使能夠施加沿壓印模具8移動方向的超聲波，然后將壓印模具8與導電聚合物層9貼合，抽真空，相對真空度為-0. 09MPa ；
3)將壓印模具8與基片9加熱至熱轉印工作溫度180°C，在熱轉印壓力為0. 85MPa 和施加沿壓印模具移動8方向的超聲波的條件下壓印，并保持熱轉印壓力80s，保持熱轉印壓力不變，撤去超聲波，降低溫度；
4)當溫度降至脫模溫度100°C時，在重新施加沿壓印模具8移動方向的超聲波的條件下先釋放真空，待壓力減至零再脫模分離壓印模具8與基片9，脫模分離后的基片9與蓋板I、陰極2組裝后，蓋板I為透明玻璃，陰極2為氧化銦錫薄膜，得到具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池。
步驟3)和4)中,超聲波由超聲波發生器11發出，超聲波發生器11的輸出功率為 200W，共振頻率為lOKHz，最大振幅為1.8iim。
在模擬太陽光強為100mW/cm2(AMl. 5)的條件下測得本實施例制備的具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池的光能量轉化效率為2. 5%。
實施例2
如圖I、圖6、圖7所示，一種具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池的制備方法，包括以下步驟
I)根據所需的亞波長抗反射結構3，如圖4所示，突起為正四棱錐，相鄰正四棱錐的間距為120nm，正四棱錐的底面正方形的邊長為200nm，高度150nm，即突起的結構尺寸為 200nmX200nmX 150nm,制備與該亞波長抗反射結構3凹凸相反結構的壓印模具8 ;該壓印模具8通過現有的LIGA技術制備，壓印模具8的材料為鎳；
2)安裝好壓印模具8，將導電聚合物層、受體層5和陽極6依次安裝好，導電聚合物層(即給體層4)的導電聚合物為聚噻吩(平均分子量為341^)，厚度為5(^111，受體層5 為茈二酰亞胺(PV)(平均分子量為38kD)，厚度為20 iim，陽極6為鋁膜，厚度為lOOnm，作為基片9放入工作臺10，基片9的大小為IOOmmX 100mm，基片9上的導電聚合物層朝向壓印模具8，超聲波發生器11放置在工作臺10的正下方，以使能夠施加沿壓印模具8移動方向的超聲波，然后將壓印模具8與導電聚合物層9貼合，抽真空，相對真空度為-0. 09MPa ；
3)將壓印模具8與基片9加熱至熱轉印工作溫度180°C，在熱轉印壓力為0.85MPa 和施加沿壓印模具移動8方向的超聲波的條件下壓印，并保持熱轉印壓力80s，保持熱轉印壓力不變，撤去超聲波，降低溫度；
4)當溫度降至脫模溫度100°C時，在重新施加沿壓印模具8移動方向的超聲波的條件下先釋放真空，待壓力減至零再脫模分離壓印模具8與基片9，脫模分離后的基片9與蓋板I、陰極2組裝后，蓋板I為透明玻璃，陰極2為氧化銦錫薄膜，得到具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池。
步驟3)和4)中,超聲波由超聲波發生器11發出，超聲波發生器11的輸出功率為 200W，共振頻率為lOKHz，最大振幅為1.8iim。
在模擬太陽光強為100mW/cm2(AMl. 5)的條件下測得本實施例制備的具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池的光能量轉化效率為2. 3%。
實施例3
如圖I、圖6、圖7所示，一種具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池的制備方法，包括以下步驟
I)根據所需的亞波長抗反射結構3，如圖5所示，突起為正六棱柱，突起的底面正六邊形的邊長L為lOOnm，高為150nm，突起的底面正六邊形中心到相鄰突起的底面正六邊形中心的間距為450nm，即相鄰突起之間的間距等于250nm，制備與該亞波長抗反射結構3 凹凸相反結構的壓印模具8 ;該壓印模具8通過現有的LIGA技術制備，壓印模具8的材料為鎳；
2)安裝好壓印模具8，將導電聚合物層、受體層5和陽極6依次安裝好，導電聚合物層(即給體層4)的導電聚合物為聚噻吩(平均分子量為341^)，厚度為5(^111，受體層5 為茈二酰亞胺(PV)(平均分子量為38kD)，厚度為20iim，陽極6為鋁膜，厚度為lOOnm，作為基片9放入工作臺10，基片9的大小為IOOmmX 100mm，基片9上的導電聚合物層朝向壓印模具8，超聲波發生器11放置在工作臺10的正下方，以使能夠施加沿壓印模具8移動方向的超聲波，然后將壓印模具8與導電聚合物層9貼合，抽真空，相對真空度為-0. 09MPa ；
3)將壓印模具8與基片9加熱至熱轉印工作溫度180°C，在熱轉印壓力為0.85MPa 和施加沿壓印模具移動8方向的超聲波的條件下壓印，并保持熱轉印壓力80s，保持熱轉印壓力不變，撤去超聲波，降低溫度；
4)當溫度降至脫模溫度100°C時，在重新施加沿壓印模具8移動方向的超聲波的條件下先釋放真空，待壓力減至零再脫模分離壓印模具8與基片9，脫模分離后的基片9與蓋板I、陰極2組裝后，蓋板I為透明玻璃，陰極2為氧化銦錫薄膜，得到具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池。
步驟3)和4)中,超聲波由超聲波發生器11發出，超聲波發生器11的輸出功率為 200W，共振頻率為lOKHz，最大振幅為1.8iim。
在模擬太陽光強為100mW/cm2(AMl. 5)的條件下測得本實施例制備的具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池的光能量轉化效率為2. 6%。
實施例4
如圖I、圖6、圖7所示，一種具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池的制備方法，包括以下步驟
I)根據所需的亞波長抗反射結構3，突起為正方體，結構尺寸等于 250nmX250nmX250nm,突起之間的間距等于250nm,制備與該亞波長抗反射結構3凹凸相反結構的壓印模具8 ;該壓印模具8通過現有的LIGA技術制備，壓印模具8的材料為鎳；
2)安裝好壓印模具8，將導電聚合物層、受體層5和陽極6依次安裝好，導電聚合物層(即給體層4)的導電聚合物為聚噻吩(平均分子量為341^)，厚度為5(^111，受體層5 為茈二酰亞胺(PV)(平均分子量為38kD)，厚度為20 iim，陽極6為鋁膜，厚度為lOOnm，作為基片9放入工作臺10，基片9的大小為IOOmmX 100mm，基片9上的導電聚合物層朝向壓印模具8，超聲波發生器11放置在工作臺10的正下方，以使能夠施加沿壓印模具8移動方向的超聲波，然后將壓印模具8與導電聚合物層9貼合，抽真空，相對真空度為-0. 09MPa ；
3)將壓印模具8與基片9加熱至熱轉印工作溫度180°C，在熱轉印壓力為0.85MPa 和施加沿壓印模具移動8方向的超聲波的條件下壓印，并保持熱轉印壓力80s，保持熱轉印壓力不變，撤去超聲波，降低溫度；
4)當溫度降至脫模溫度100°C時，在重新施加沿壓印模具8移動方向的超聲波的條件下先釋放真空，待壓力減至零再脫模分離壓印模具8與基片9，脫模分離后的基片9與蓋板I、陰極2組裝后，蓋板I為透明玻璃，陰極2為氧化銦錫薄膜，得到具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池。
步驟3)和4)中,超聲波由超聲波發生器11發出，超聲波發生器11的輸出功率為 200W，共振頻率為lOKHz，最大振幅為1.8iim。
在模擬太陽光強為100mW/cm2(AMl. 5)的條件下測得本實施例制備的具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池的光能量轉化效率為2. 4%。
實施例5
如圖I、圖6、圖7所示，一種具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池的制備方法，包括以下步驟
I)根據所需的亞波長抗反射結構3，突起為正方體，結構尺寸等于 350nmX350nmX350nm,突起之間的間距等于350nm,制備與該亞波長抗反射結構3凹凸相反結構的壓印模具8 ;該壓印模具8通過現有的LIGA技術制備，壓印模具8的材料為鎳；
2)安裝好壓印模具8，將導電聚合物層、受體層5和陽極6依次安裝好，導電聚合物層(即給體層4)的導電聚合物為聚噻吩(平均分子量為34kD)，厚度為50 μ m，受體層5 為茈二酰亞胺(PV)(平均分子量為38kD)，厚度為20 μ m,陽極6為鋁膜，厚度為lOOnm，作為基片9放入工作臺10，基片9的大小為IOOmmX 100mm，基片9上的導電聚合物層朝向壓印模具8，超聲波發生器11放置在工作臺10的正下方，以使能夠施加沿壓印模具8移動方向的超聲波，然后將壓印模具8與導電聚合物層9貼合，抽真空，相對真空度為-0. 09MPa ；3)將壓印模具8與基片9加熱至熱轉印工作溫度180°C，在熱轉印壓力為0.85MPa 和施加沿壓印模具移動8方向的超聲波的條件下壓印，并保持熱轉印壓力80s，保持熱轉印壓力不變，撤去超聲波，降低溫度；4)當溫度降至脫模溫度100°C時，在重新施加沿壓印模具8移動方向的超聲波的條件下先釋放真空，待壓力減至零再脫模分離壓印模具8與基片9，脫模分離后的基片9與蓋板1、陰極2組裝后，蓋板1為透明玻璃，陰極2為氧化銦錫薄膜，得到具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池。步驟幻和4)中，超聲波由超聲波發生器11發出，超聲波發生器11的輸出功率為 200W，共振頻率為IOKHz，最大振幅為1.8μπι。在模擬太陽光強為lOOmW/cm2 (AMI. 5)的條件下測得本實施例制備的具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池的光能量轉化效率為2. 35%。對比例1 (未有亞波長抗反射結構)蓋板1為透明玻璃，陰極2為氧化銦錫薄膜，導電聚合物層(即給體層4)的導電聚合物為聚噻吩(平均分子量為:34kD)，厚度為50 μ m,受體層5為茈二酰亞胺(PV)(平均分子量為38kD)，厚度為20 μ m,陽極6為鋁膜，厚度為lOOnm，將蓋板1、陰極2、給體層4、受體層5和陽極組裝后，得到聚合物太陽能電池。在模擬太陽光強為lOOmW/cm2 (AMI. 5)的條件下測得該聚合物太陽能電池光能量轉化效率為2.0%。通過實施例1、實施例2和對比例1的光能量轉化效率來看，由于本發明亞波長抗反射結構的存在，具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池的光能量轉化效率可以提高超過15%。
權利要求
1.ー種具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池，包括蓋板、陰極、給體層、受 體層和陽極，給體層為導電聚合物層，其特征在干，所述的導電聚合物層靠近陰極ー 側設有亞波長抗反射結構，所述的亞波長抗反射結構包括若干個結構尺寸小于等于 400nmX400nmX400nm 的突起。
2.根據權利要求1所述的具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池，其特征在干， 所述的突起之間的間距小于等于400nm。
3.根據權利要求1所述的具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池，其特征在干， 所述的突起的結構尺寸大于等于50nmX 50nmX 50nm且小于等于300nmX 300nmX 300nm ；所述的突起之間的間距大于等于50nm且小于等于300nm。
4.根據權利要求1所述的具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池，其 特征在干，所述的突起的結構尺寸大于等于IOOnmX IOOnmX IOOnm且小于等于 200nmX200nmX200nm ；所述的突起之間的間距大于等于IOOnm且小于等于250nm。
5.根據權利要求1所述的具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池，其特征在干， 若干個突起的結構尺寸相同，并等距設置在導電聚合物層上。
6.根據權利要求1所述的具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池，其特征在干， 所述的突起為正棱柱、正棱錐中的一種或者兩種。
7.根據權利要求6所述的具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池，其特征在干， 所述的突起為正方體、正四棱錐、正三棱錐、正六棱柱中的ー種或兩種以上。
8.根據權利要求1 7任一項所述的具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池的制 備方法，包括以下步驟1)根據所需的亞波長抗反射結構制備壓印模具；2)安裝好壓印模具，將導電聚合物層、受體層和陽極安裝好，作為基片放入工作臺，然 后將壓印模具與導電聚合物層貼合，抽真空；3)將壓印模具與基片加熱至熱轉印工作溫度，在施加超聲波的條件下壓印，保壓后降ナ皿；4)當溫度降至脫模溫度吋，在施加超聲波的條件下先釋放真空再脫模分離壓印模具與 基片；5)脫模分離后的基片與蓋板、陰極組裝后，得到具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽 能電池。
9.根據權利要求8所述的具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池的制備方法，其 特征在干，包括以下步驟1)根據所需的亞波長抗反射結構制備壓印模具；2)安裝好壓印模具，將導電聚合物層、受體層和陽極安裝好，作為基片放入工作臺，然 后將壓印模具與導電聚合物層貼合，抽真空，相對真空度為-0. 09MPa -0. IMPa ；3)將壓印模具與基片加熱至熱轉印工作溫度120°C 300°C，在熱轉印壓カ為 0. 7MPa 1. OMI^a和施加沿壓印模具移動方向的超聲波的條件下壓印，并保持熱轉印壓力 30s 180s，降溫；4)當溫度降至脫模溫度80°C 150°C吋，在施加沿壓印模具移動方向的超聲波的條件下先釋放真空再脫模分離壓印模具與基片；.5)脫模分離后的基片與蓋板、陰極組裝后，得到具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池。
10.根據權利要求8或9所述的具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池的制備方法，其特征在于，步驟3)和4)中，所述的超聲波由超聲波發生器發出，超聲波發生器的輸出功率為IOW 200W，共振頻率為5KHz IOKHz，最大振幅為I. 2 y m I. 8 y m。
全文摘要
本發明公開了一種具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池，包括蓋板、陰極、給體層、受體層和陽極，給體層為導電聚合物層，導電聚合物層靠近陰極一側設有亞波長抗反射結構，包括若干個結構尺寸小于等于400nm×400nm×400nm的突起，通過亞波長抗反射結構，大大削弱光的反射作用，有效地束縛住光束，從而提高聚合物太陽能電池的光轉化效率。本發明還公開了一種具有亞波長抗反射結構的聚合物太陽能電池的制備方法，采用超聲復合熱轉印的加工方法，通過超聲場來降低導電聚合物中共軛分子鏈間的強剛性，改善導電聚合物的流動特性，以獲得更好的壓印質量，該方法加工成本低、加工高效，易于工業化生產，具有廣闊的應用前景。
文檔編號H01L51/44GK102544376SQ20121000573
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者傅建中, 姚鑫驊, 沈洪垚, 章婷, 賀永, 趙朋, 陳子辰 申請人:浙江大學