IMEC是一个独立的研究机构位于比利时(Belgium)的鲁汶(Leuven),在纳米电子与纳米技术领域居世界领导的地位,同时也在荷兰、美国、中国与日本设立办事处,拥有1600多名员工,其中包括驻厂与客座研究员,07年为国家带来的税收约为24亿欧元。它们主要解决学术上基础科学与工业制程之间的差异,拥有独特的制程,系统技术,专利群组以及最先进的设备。如今它们验证了全溶液制程的有机太阳能电池。
“我们开发一个方法,让全溶液制程的有机太阳能电池可以得到高质量的电性接触,因此这样的电池具有3%的电力转换效率。”IMEC如此说道。比利时的研究实验室利用早先开发且用于有机太阳能电池主动层的喷洒涂布技术,”这个方法适用于量产之后的卷对卷(roll-to-roll)制程,因此无论是坚硬或是可挠的基板都可以,快速且便宜的制造大面积的有机太阳能电池。”
金属电极形成于有机的半讨体层之上,电性的接触必须让导电率介于104 与 106S/cm之间,并且具有高的稳定性,藉由已商业化的银纳米粒子的墨水,利用喷枪在氮气下喷洒涂上,然后经由100~180℃的烧结,使粒子熔融形成连续的膜层。IMEC提到”整个先进的技术可以透过喷墨印刷或是凹版印刷的方式实现大面积化,并搭配卷对卷的设备完成生产。”为了完成全溶液制程的有机太阳能电池,IMEC提出一个倒转的结构,就是先形成电子收集层(阴极),然后才是半导体层,最后再涂上阳极。”如果阴极在半导体层之后形成,电子的阻文件层则必须在主动层之上,才可以避开金属电极型成过程中造成的损害。”
全溶液制程中,阻档层(通常利用氧化锌,ZnO或氧化钛,TiO)的形成,带来表面形貌,导致接续的纳米银粒子穿透,造成电池的转换效率下降。而阳极这方面,因电洞的阻档层(一般常用聚-3,4-乙烯二氧噻吩 [poly(3,4-ethylenedioxy- thiophene)]、聚对苯乙烯磺酸 [poly(styrenesulfonate)] 或是两者混掺[PEDOT:PSS])拥有足够的厚度,形成于有机层之上则可以保护可能发生之损害。再将阳极的银粒子喷洒于上,便可得到全溶液制程的有机太阳能电池。所有的有机材料如聚(3-己烷基噻吩 [poly(3-hexyl thiophene),简称P3HT]以及6,6-苯基-C61丁酸甲酯 [(6,6)-phenyl C61-butyric acid methyl ester,简称PCBM)可溶于溶液中并沉积于氧化铟锡的玻璃基板。
组件的光电转换效率约为3%,相当于一般利用蒸发制成的组件,但是其短路电流是较高的,大于10mA/cm2,当纳米粒子烧结温度降至150℃以下,则可以使用可挠式的基板,包括聚萘二甲酸乙二醇酯 [polyethylene naphthalate,简称PEN]。(编辑:于占涛)