一种彩色半透明有机太阳能电池及其制备方法与流程

1.本发明属于有机太阳能电池技术领域，尤其涉及一种彩色半透明有机太阳能电池及其制备方法。


背景技术：

2.为了应对能源危机，太阳能电池领域发展迅速。其中有机太阳能电池由于具有可溶液加工、可印刷制备大面积器件、成本低、质量轻与光吸收层带隙易于调控等优点受到了广泛关注。构成有机太阳能电池的各部件对其工作过程有显著的影响。由于具备较高的电导率，金属材料一直被用作制备有机太阳能电池的反光电极。透明电极一侧，由于需要其在可见光区良好地透过率和较高的电导率，领域内应用最广泛的是掺杂态的氧化铟锡(ito)，然而ito造价昂贵且材料稀少。与si等传统太阳能电池相比，有机太阳能电池活性层的消光系数适宜，具备巨大的应用潜力，在未来可替代高层建筑玻璃用来实现建筑绿色发电概念。现在已有调控器件色度的技术通常是基于ito的传统器件结构加上额外的光耦合结构(布拉格光栅，介电反射镜，微腔电极等)，然而这些结构很难同时兼顾器件的透光色度和反光色度，并且多层结构也导致复杂的工艺，难以实际应用。
3.cn108321221a公开了一种具有微腔结构的石墨烯太阳能电池，包括n型单晶硅，所述n型单晶硅的一面设置二氧化硅层，所述二氧化硅层是具有通孔的环状结构，所述二氧化硅层的表面和由二氧化硅层通孔暴露的n型单晶硅表面设置第一石墨烯薄膜层，在位于所述二氧化硅层通孔的区域的第一石墨烯薄膜层表面设置氮化硅薄膜，所述氮化硅薄膜表面设置第二石墨烯薄膜层，在位于所述二氧化硅层通孔的四周区域的第一石墨烯薄膜层表面设置前电极，所述n型单晶硅的另一面设置金属薄膜背电极。但是该具有微腔结构的石墨烯太阳能电池的消光系数较大。
4.cn111929755a公开了一种光子晶体复合结构及半透明有机太阳能电池。该光子晶体复合结构包括：第一光子晶体、第二光子晶体和微腔结构；第二光子晶体的下表面设置在第一光子晶体的上表面，微腔结构的下表面设置在第二光子晶体的上表面；第一光子晶体的材料与第二光子晶体的材料相同，第一光子晶体的材料的厚度与第二光子晶体的材料的厚度不同，第一光子晶体的中心波长与第二光子晶体的中心波长互补；第一光子晶体和第二光子晶体均用于反射光子；微腔结构的材料与第一光子晶体的材料不同，微腔结构的材料具有复折射率；微腔结构用于实现光的相长干涉。但是该光子晶体复合结构及半透明有机太阳能电池的结构复杂，制备成本较高。
5.cn104241428a公开了一种二维硅基微纳光子晶体太阳能电池，前接触层的下侧面上设有周期性排列的前电极；前电极和背电极之间设有二维硅基微纳光子晶体太阳能电池结构，二维硅基微纳光子晶体太阳能电池结构的上层为n型硅半导体层，下层为p型硅半导体层，n型硅半导体层和p型硅半导体层形成pn结；背电极的底部设有背接触层，背接触层的材料与前接触层的材料相同；铝薄层结构的背电极设置在p型硅半导体层的慢光区域或禁带区域。但是，该二维硅基微纳光子晶体太阳能电池的透光色度和反光色度较差，无法实现
透射光色彩的多样性。
6.目前公开的有机太阳能电池极其制备方法都有一定的缺陷，存在着透光色度较差、反光色度较差、造价昂贵、消光系数较高、透明度差且制备工艺复杂的问题。因此，开发一种新型的彩色半透明有机太阳能电池及其制备方法至关重要。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种彩色半透明有机太阳能电池及其制备方法，本发明所述彩色半透明有机太阳能电池在反光时可实现黄、青、蓝、紫或橙的反光色度且具有半透明的外观，符合大众审美，可用于装饰建筑；同时，所述彩色半透明有机太阳能电池的成本低廉且在弱干涉情况下具有与ito太阳能电池相近的电流密度。
8.为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
9.第一方面，本发明提供了一种彩色半透明有机太阳能电池，所述彩色半透明有机太阳能电池包括依次层叠的金属底电极、电子传输层、活性层与金属顶电极；
10.所述金属底电极与金属顶电极之间形成微腔结构。
11.本发明所述金属顶电极与金属底电极可根据实际需要进行合理的筛选，所述金属顶电极与金属底电极具有反光的特性，所述金属顶电极与金属底电极构成的微腔结构用于加强特定波长的光场分布，通过调控金属顶电极与金属底电极的间距来控制共振波长，进而调控光场分布。
12.本发明所述金属底电极与金属顶电极之间形成微腔结构，所述彩色半透明有机太阳能电池可实现黄、青、蓝、紫或橙的反光色度，所述彩色半透明有机太阳能电池具有半透明的外观，符合大众审美，可用于装饰建筑；同时，所述彩色半透明有机太阳能电池的成本低廉且在弱干涉情况下具有与ito太阳能电池相近的电流密度。
13.优选地，所述金属底电极的厚度为4～100nm，例如可以是4nm、6nm、8nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为5～18nm。
14.优选地，所述金属顶电极的厚度为4～100nm，例如可以是4nm、6nm、8nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为11～20nm。
15.优选地，所述电子传输层的厚度为3-8nm，例如可以是3nm、3.5nm、4nm、4.5nm、5nm、5.5nm、6nm、6.5nm、7nm、7.5nm或8nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
16.优选地，所述活性层的厚度为50～200nm，例如可以是50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm或200nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为100～130nm；当活性层的厚度偏低时，会导致短路电流密度下降、开路电压下降、与透明度增大，这是由于活性层吸光减弱，同时共振波长蓝移至最优吸收波长之外，导致活性层中光场较弱，较弱的光强会同时降低短路电流和开路电压，较弱的活性层导致更大的平均透光率；当活性层的厚度过高时，会导致短路电流密度下降、开路电压下降、与透明度降低，这是由于活性层过厚会导致额外的载流子复合，同时共振波长过于红移，不利率产生激子。
17.优选地，所述彩色半透明有机太阳能电池还包括衬底，所述衬底与金属底电极相连。
18.优选地，所述金属底电极包括依次层叠的光耦合层、第一晶种层与第一金属薄膜；所述光耦合层与衬底相连，所述第一金属薄膜与电子传输层相连。
19.优选地，所述光耦合层的厚度为2～10nm，例如可以是2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm或10nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
20.优选地，所述第一晶种层的厚度为0.5～2nm，例如可以是0.5nm、0.6nm、0.7nm、0.8nm、0.9nm、1nm、1.1nm、1.2nm、1.3nm、1.4nm、1.5nm、1.6nm、1.7nm、1.8nm、1.9nm或2nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
21.优选地，所述第一金属薄膜的厚度为4～30nm，例如可以是4nm、6nm、8nm、10nm、12nm、15nm、18nm、20nm、22nm、25nm、28nm或30nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；当第一金属薄膜的厚度偏低时，会导致短路电流密度下降与开路电压下降，这是由于过薄的金属以岛状生长为主导，因此不会形成连续薄膜所以没有达到导电的阈值膜厚，因此器件串联电阻过高；当第一金属薄的厚度偏高时，会导致短路电流密度降低与开路电压降低，这是由于过厚的金属会降低透光率进而导致活性层吸收减弱。
22.优选地，所述金属顶电极包括依次层叠的空穴传输层、第二晶种层与第二金属薄膜，所述空穴传输层与活性层相连。
23.优选地，所述空穴传输层的厚度为2～10nm，例如可以是2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm或10nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
24.优选地，所述第二晶种层的厚度为0.5～2nm，例如可以是0.5nm、0.6nm、0.7nm、0.8nm、0.9nm、1nm、1.1nm、1.2nm、1.3nm、1.4nm、1.5nm、1.6nm、1.7nm、1.8nm、1.9nm或2nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
25.优选地，所述第二金属薄膜的厚度为4～30nm，例如可以是4nm、6nm、8nm、10nm、12nm、15nm、18nm、20nm、22nm、25nm、28nm或30nm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
26.第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述彩色半透明有机太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
27.(1)第一蒸镀，得到金属底电极；
28.(2)在步骤(1)所得金属底电极上第一涂覆电子传输材料溶液，得到电子传输层；
29.(3)在步骤(2)所得电子传输层上第二涂覆活性材料溶液，得到活性层；
30.(4)在步骤(3)所得活性层上进行第二蒸镀，得到所述彩色半透明有机太阳能电池。
31.本发明所述彩色半透明有机太阳能电池的制备方法的步骤简单、原材料成本低廉且工艺可控性强。
32.优选地，步骤(1)所述第一蒸镀包括：在衬底上依次蒸镀第一金属氧化物、第一金属与第二金属。
33.本发明所述制备方法还包括衬底的前处理，所述前处理包括在依次水、酮与醇中
对衬底进行超声清洗，所述前处理还包括使用紫外臭氧处理超生清洗后的衬底。
34.优选地，所述第一金属氧化物的蒸镀速率为例如可以是例如可以是或但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
35.优选地，所述第一金属的蒸镀速率为例如可以是例如可以是或但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
36.优选地，所述第二金属的蒸镀速率为例如可以是例如可以是或但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；当第二金属的蒸镀速率偏低时，会导致短路电流密度下降与开路电压下降，这是由于过低的速率制备超薄金属无法形成连续薄膜，导致器件串联电阻增大进而降低短路电流密度和开路电压；当第二金属的蒸镀速率偏高时，会导致短路电流密度降低与开路电压降低，这是由于电极粗糙度增大不利于实现欧姆接触。
37.优选地，步骤(4)所述第二蒸镀包括在活性层上依次蒸镀第二金属氧化物、第三金属与第四金属。
38.优选地，所述第二金属氧化物的蒸镀速率为例如可以是例如可以是或但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
39.优选地，所述第三金属的蒸镀速率为例如可以是例如可以是或但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
40.优选地，所述第四金属的蒸镀速率为例如可以是例如可以是或但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
41.优选地，步骤(4)所述第二蒸镀包括在步骤(3)所得活性层表面10％～70％面积的区域上覆盖掩膜，例如可以是10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％或70％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
42.本发明所述第一蒸镀与第二蒸镀在真空蒸镀仓中进行，且均在真空度小于2
×
10-4
pa的环境下进行。
43.优选地，所述衬底的材质包括玻璃、单晶硅、金属、塑料或陶瓷的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括玻璃与单晶硅的组合，单晶硅与金属的组合，金属与塑料的组合，塑料与陶瓷的组合，玻璃、单晶硅与金属的组合，或玻璃、单晶硅、金属与陶瓷的组合。
44.优选地，所述第一金属氧化物包括moo3、wo3或v2o5中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括moo3与wo3的组合，wo3与v2o5的组合，或moo3、wo3与v2o5的组
合。
45.优选地，所述第二金属氧化物包括moo3、wo3或v2o5中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括moo3与wo3的组合，wo3与v2o5的组合，或moo3、wo3与v2o5的组合。
46.优选地，所述第一金属包括ca、al或au中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括ca与al的组合，al与au的组合，或ca、al与au的组合。
47.优选地，所述第二金属包括au、ag、al或cu中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括au与ag的组合，ag与al的组合，al与cu的组合，au、ag与al的组合，或au、ag、al与cu的组合。
48.优选地，所述第三金属包括ca、al或au中的任意一种或至少两种的组合典型但非限制性的组合包括ca与al的组合，al与au的组合，或ca、al与au的组合。
49.优选地，所述第四金属包括au、ag、al或cu中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括au与ag的组合，ag与al的组合，al与cu的组合，au、ag与al的组合，或au、ag、al与cu的组合。
50.优选地，步骤(2)所述第一涂覆包括以1500～5500rpm的转速在惰性气氛中进行旋涂，例如可以是1500rpm、1700rpm、200rpm、2200rpm、2500rpm、2700rpm、3000rpm、3200rpm、3500rpm、3700rpm、4000rpm、4200rpm、1500rpm、4700rpm或5000rpm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
51.优选地，步骤(2)所述电子传输材料溶液的溶质包括pfn-br，溶剂包括醇。
52.本发明所述醇包括甲醇。
53.优选地，步骤(2)所述电子传输材料溶液中溶质的浓度为0.5～2mg/ml，例如可以是0.5mg/ml、0.7mg/ml、0.9mg/ml、1mg/ml、1.2mg/ml、1.4mg/ml、1.6mg/ml、1.8mg/ml或2mg/ml，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
54.优选地，步骤(3)所述第二涂覆包括以1300～7000rpm的转速在惰性气氛中进行旋涂，例如可以是1300rpm、1500rpm、1800rpm、2000rpm、2500rpm、3000rpm、3500rpm、4000rpm、4500rpm、5000rpm、5500rpm、6000rpm、6500rpm或7000rpm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
55.本发所述惰性气氛包括包括氮气和/或惰性气体。
56.优选地，步骤(3)所述活性材料溶液的溶质包括活性给体材料与活性受体材料。
57.优选地，所述活性给体材料与活性受体材料的质量比为(1～4):3，例如可以是1:3、1.2:3、1.5:3、1.8:3、2:3、2.2:3、2.5:3、2.8:3、3.1:3、3.4:3、3.7:3或4:3，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
58.优选地，步骤(3)所述活性材料溶液中溶质的浓度为20～40mg/ml，例如可以是20mg/ml、22mg/ml、25mg/ml、28mg/ml、30mg/ml、32mg/ml、35mg/ml、38mg/ml或40mg/ml，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
59.优选地，所述活性给体材料包括ptb7-th。
60.优选地，所述活性受体材料包括pc71bm和/或ieico-4f。
61.优选地，所述活性材料溶液的溶剂包括卤代烃。
62.优选地，作为第一方面所述制备方法的优选技术方案，所述制备方法包括以下步
骤：
63.(1)在衬底上依次以的速率蒸镀第一金属氧化物，以的速率蒸镀第一金属，以的速率蒸镀第二金属，得到金属底电极；
64.(2)惰性气氛中，在步骤(1)所得金属底电极上以1500～5500rpm的转速旋涂pfn-br浓度为0.5～2mg/ml的醇溶液，得到电子传输层；
65.(3)惰性气氛中，在步骤(2)所得电子传输层上以1300～7000rpm的转速旋涂溶质浓度为20～40mg/ml的卤代烃溶液，卤代烃溶液中溶质为质量比为(1～4):3的活性给体材料与活性受体材料的组合，得到活性层；
66.(4)在步骤(3)所得活性层表面10％～70％的区域上覆盖掩膜后依次以的速率蒸镀第二金属氧化物，以的速率蒸镀第三金属，以的速率蒸镀第四金属，得到彩色半透明有机太阳能电池。
67.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
68.本发明所述金属底电极与金属顶电极之间形成微腔结构，所述彩色半透明有机太阳能电池可实现黄、青、蓝、紫或橙的反光色度，所述彩色半透明有机太阳能电池具有半透明的外观，符合大众审美，可用于装饰建筑；同时，所述彩色半透明有机太阳能电池的成本低廉且在弱干涉情况下具有与ito太阳能电池相近的电流密度；本发明所述彩色半透明有机太阳能电池的制备方法的步骤简单、原材料成本低廉且工艺可控性强。
附图说明
69.图1为实施例1中彩色半透明有机太阳能电池的结构示意图。
70.其中，1-玻璃衬底；2-moo3光耦合层；3-第一au晶种层；4-第一ag薄膜；5-pfn-br电子传输层；6-活性层；7-moo3空穴传输层；8-第二au晶种层；9-第二ag薄膜。
具体实施方式
71.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
72.实施例1
73.本实施例提供了一种彩色半透明有机太阳能电池，如图1所示，所述彩色半透明有机太阳能电池包括依次层叠的厚度为30nm的金属底电极、厚度为5nm的pfn-br电子传输层5、厚度为125nm的活性层6与厚度为30nm的金属顶电极；
74.所述金属底电极与金属顶电极之间形成微腔结构；所述彩色半透明有机太阳能电池还包括与金属底电极相连的玻璃衬底1；
75.所述金属底电极包括依次层叠的厚度为6nm的moo3光耦合层2、厚度为1.2nm的第一au晶种层3与厚度为22.8nm的第一ag薄膜4；所述moo3光耦合层2与玻璃衬底1相连，所述第一ag薄膜4与pfn-br电子传输层5相连；
76.所述金属顶电极包括依次层叠的厚度为6nm的moo3空穴传输层7、厚度为0.8nm的第二au晶种层8与厚度为23.2nm的第二ag薄膜9，所述moo3空穴传输层7与活性层6相连。
77.所述彩色半透明有机太阳能电池的制备方法包括以下步骤：
78.(1)在玻璃衬底1上依次以的速率蒸镀moo3，以的速率蒸镀au，以
的速率蒸镀ag，得到金属底电极；
79.(2)氮气气氛中，在步骤(1)所得金属底电极上以3500rpm的转速旋涂pfn-br浓度为1.6mg/ml的甲醇溶液，得到pfn-br电子传输层5；
80.(3)氮气气氛中，在步骤(2)所得pfn-br电子传输层5上以2500rpm的转速旋涂溶质浓度为30mg/ml的氯苯溶液，氯苯溶液中溶质为质量比为3.2:3的ptb7-th与pc71bm的组合，得到活性层6；
81.(4)在步骤(3)所得活性层6表面45％的区域上覆盖掩膜后依次以的速率蒸镀moo3，以的速率蒸镀au，以的速率蒸镀ag，得到彩色半透明有机太阳能电池。
82.实施例2
83.本实施例提供了一种彩色半透明有机太阳能电池，所述彩色半透明有机太阳能电池包括依次层叠的厚度为20nm的金属底电极、厚度为3nm的pfn-br电子传输层、厚度为180nm的活性层与厚度为12nm的金属顶电极；
84.所述金属底电极与金属顶电极之间形成微腔结构；所述彩色半透明有机太阳能电池还包括与金属底电极相连的单晶硅衬底；
85.所述金属底电极包括依次层叠的厚度为8nm的v2o5光耦合层、厚度为0.8nm的第一al晶种层与厚度为11.2nm的第一au薄膜；所述v2o5光耦合层与单晶硅衬底相连，所述第一au薄膜与pfn-br电子传输层相连；
86.所述金属顶电极包括依次层叠的厚度为8nm的wo3空穴传输层、厚度为1.2nm的第二ca晶种层与厚度为2.8nm的第二cu薄膜，所述wo3空穴传输层与活性层相连。
87.所述彩色半透明有机太阳能电池的制备方法包括以下步骤：
88.(1)在单晶硅衬底上依次以的速率蒸镀wo3，以的速率蒸镀al，以的速率蒸镀au，得到金属底电极；
89.(2)氮气气氛中，在步骤(1)所得金属底电极上以4500rpm的转速旋涂pfn-br浓度为0.8mg/ml的甲醇溶液，得到pfn-br电子传输层；
90.(3)氮气气氛中，在步骤(2)所得pfn-br电子传输层上以4000rpm的转速旋涂溶质浓度为35mg/ml的氯苯溶液，氯苯溶液中溶质为质量比为1.7:3的ptb7-th与ieico-4f的组合，得到活性层；
91.(4)在步骤(3)所得活性层表面70％的区域上覆盖掩膜后依次以的速率蒸镀v2o5，以的速率蒸镀ca，以的速率蒸镀cu，得到彩色半透明有机太阳能电池。
92.实施例3
93.本实施例提供了一种彩色半透明有机太阳能电池，所述彩色半透明有机太阳能电池包括依次层叠的厚度为42nm的金属底电极、厚度为8nm的pfn-br电子传输层、厚度为50nm的活性层与厚度为20nm的金属顶电极；
94.所述金属底电极与金属顶电极之间形成微腔结构；所述彩色半透明有机太阳能电池还包括与金属底电极相连的玻璃衬底；
95.所述金属底电极包括依次层叠的厚度为10nm的moo3光耦合层、厚度为2nm的第一al晶种层与厚度为30nm的第一ag薄膜；所述moo3光耦合层与玻璃衬底相连，所述第一ag薄膜与pfn-br电子传输层相连；
96.所述金属顶电极包括依次层叠的厚度为2nm的wo3空穴传输层、厚度为1.6nm的第二ag晶种层与厚度为16.4nm的第二au薄膜，所述wo3空穴传输层与活性层相连。
97.所述彩色半透明有机太阳能电池的制备方法包括以下步骤：
98.(1)在玻璃衬底上依次以的速率蒸镀moo3，以的速率蒸镀al，以的速率蒸镀ag，得到金属底电极；
99.(2)氩气气氛中，在步骤(1)所得金属底电极上以2500rpm的转速旋涂pfn-br浓度为1.2mg/ml的乙醇溶液，得到pfn-br电子传输层；
100.(3)氩气气氛中，在步骤(2)所得pfn-br电子传输层上以7000rpm的转速旋涂溶质浓度为40mg/ml的氯苯溶液，氯苯溶液中溶质为质量比为1:3的ptb7-th与pc71bm的组合，得到活性层；
101.(4)在步骤(3)所得活性层表面10％的区域上覆盖掩膜后依次以的速率蒸镀wo3，以的速率蒸镀ag，以的速率蒸镀au，得到彩色半透明有机太阳能电池。
102.实施例4
103.本实施例提供了一种彩色半透明有机太阳能电池，所述彩色半透明有机太阳能电池包括依次层叠的厚度为12nm的金属底电极、厚度为4nm的pfn-br电子传输层、厚度为90nm的活性层与厚度为42nm的金属顶电极；
104.所述金属底电极与金属顶电极之间形成微腔结构；所述彩色半透明有机太阳能电池还包括与金属底电极相连的单晶硅衬底；
105.所述金属底电极包括依次层叠的厚度为2nm的v2o5光耦合层、厚度为0.5nm的第一au晶种层与厚度为9.5nm的第一ag薄膜；所述v2o5光耦合层与单晶硅衬底相连，所述第一ag薄膜与pfn-br电子传输层相连；
106.所述金属顶电极包括依次层叠的厚度为10nm的v2o5空穴传输层、厚度为2nm的第二au晶种层与厚度为30nm的第二ag薄膜，所述v2o5空穴传输层与活性层相连。
107.所述彩色半透明有机太阳能电池的制备方法包括以下步骤：
108.(1)在衬底上依次以的速率蒸镀v2o5，以的速率蒸镀au，以的速率蒸镀ag，得到金属底电极；
109.(2)氩气气氛中，在步骤(1)所得金属底电极上以5500rpm的转速旋涂pfn-br浓度为2mg/ml的丙醇溶液，得到pfn-br电子传输层；
110.(3)氩气气氛中，在步骤(2)所得pfn-br电子传输层上以1300rpm的转速旋涂溶质浓度为25mg/ml的氯苯溶液，氯苯溶液中溶质为质量比为2.5:3的ptb7-th与ieico-4f的组合，得到活性层；
111.(4)在步骤(3)所得活性层表面25％的区域上覆盖掩膜后依次以的速率蒸镀v2o5，以的速率蒸镀au，以的速率蒸镀ag，得到彩色半透明有机太阳能电池。
112.实施例5
113.本实施例提供了一种彩色半透明有机太阳能电池，所述彩色半透明有机太阳能电池包括依次层叠的厚度为7.6nm的金属底电极、厚度为6nm的pfn-br电子传输层、厚度为200nm的活性层与厚度为8.5nm的金属顶电极；
114.所述金属底电极与金属顶电极之间形成微腔结构；所述彩色半透明有机太阳能电池还包括与金属底电极相连的玻璃衬底；
115.所述金属底电极包括依次层叠的厚度为2nm的wo3光耦合层、厚度为1.6nm的第一al晶种层与厚度为4nm的第一ag薄膜；所述wo3光耦合层与玻璃衬底相连，所述第一ag薄膜与pfn-br电子传输层相连；
116.所述金属顶电极包括依次层叠的厚度为4nm的moo3空穴传输层、厚度为0.5nm的第二au晶种层与厚度为4nm的第二ag薄膜，所述moo3空穴传输层与活性层相连。
117.所述彩色半透明有机太阳能电池的制备方法包括以下步骤：
118.(1)在玻璃衬底上依次以的速率蒸镀wo3，以的速率蒸镀al，以的速率蒸镀ag，得到金属底电极；
119.(2)氮气气氛中，在步骤(1)所得金属底电极上以1500rpm的转速旋涂pfn-br浓度为0.5mg/ml的甲醇溶液，得到pfn-br电子传输层；
120.(3)氮气气氛中，在步骤(2)所得pfn-br电子传输层上以5500rpm的转速旋涂溶质浓度为20mg/ml的氯苯溶液，氯苯溶液中溶质为质量比为4:3的ptb7-th与pc71bm的组合，得到活性层；
121.(4)在步骤(3)所得活性层表面60％的区域上覆盖掩膜后依次以的速率蒸镀moo3，以的速率蒸镀au，以的速率蒸镀ag，得到彩色半透明有机太阳能电池。
122.实施例6
123.本实施例提供了一种彩色半透明有机太阳能电池，除活性层的厚度为30nm外，其余均与实施例1相同。
124.实施例7
125.本实施例提供了一种彩色半透明有机太阳能电池，除活性层的厚度为230nm外，其余均与实施例1相同。
126.实施例8
127.本实施例提供了一种彩色半透明有机太阳能电池，除第一ag薄膜的厚度为2nm，金属底电极的厚度为9.2nm外，其余均与实施例1相同。
128.实施例9
129.本实施例提供了一种彩色半透明有机太阳能电池，除第一ag薄膜的厚度为35nm，金属底电极的厚度为42.2nm外，其余均与实施例1相同。
130.实施例10
131.本实施例提供了一种彩色半透明有机太阳能电池，除步骤(1)中以的速率蒸镀ag外，其余均与实施例1相同。
132.实施例11
133.本实施例提供了一种彩色半透明有机太阳能电池，除步骤(1)中以的速率蒸镀ag外，其余均与实施例1相同。
134.对比例1
135.本对比例提供了一种彩色半透明有机太阳能电池，除将金属底电极等厚度替换为ito底电极外，其余均与实施例1相同。
136.对比例2
137.本对比例提供了一种彩色半透明有机太阳能电池，除将金属底电极等厚度替换为ito底电极外，其余均与实施例2相同。
138.以实施例1-11与对比例1和2所述彩色半透明有机太阳能电池进行伏安特性曲线测试，测试方法如下：使用原表keithley sourcemeter(2400)与太阳光模拟器(ss-f5-3a,enlitech)结合并采用(src-2020,enlitech)标准si电池较光，测试得到彩色半透明有机太阳能电池的短路电流密度(jsc)与开路电压(voc)，如表1所示。
139.以实施例1-7与对比例1和2所述彩色半透明有机太阳能电池进行透光与反光测试，测试方法如下：使用分光光度计(lambda-950)进行测试，测试结果如表2所示。
140.表1
[0141] jsc(ma/cm2)voc(v)实施例112.520.777实施例213.240.790实施例312.700.785实施例411.540.783实施例511.110.762实施例69.680.752实施例710.460.754实施例810.090.759实施例910.230.761实施例109.120.743实施例119.870.748对比例113.850.770对比例213.380.774
[0142]
表2
[0143][0144][0145]
由表1与表2得：
[0146]
(1)实施例1-5中的彩色半透明有机太阳能电池具有较高的电流密度，所述金属底电极与金属顶电极之间形成微腔结构，所述彩色半透明有机太阳能电池可实现黄、青、蓝、
紫或橙的反光色度，所述彩色半透明有机太阳能电池具有半透明的外观，符合大众审美，可用于装饰建筑；同时，所述彩色半透明有机太阳能电池的成本低廉且在弱干涉情况下具有与ito太阳能电池相近的电流密度。
[0147]
(2)通过实施例1与实施例6和7的对比可知，本发明所述活性层的厚度会影响短路电流密度、开路电压与透明度；当活性层的厚度偏低时，会导致jsc下降、voc下降、与透明度增大，这是由于活性层吸光减弱，同时共振波长蓝移至最优吸收波长之外，导致活性层中光场较弱，较弱的光强会同时降低短路电流和开路电压，较弱的活性层导致更大的平均透光率；当活性层的厚度过高时，会导致jsc下降、voc下降、与透明度降低，这是由于活性层过厚会导致额外的载流子复合，同时共振波长过于红移，不利率产生激子。
[0148]
(3)通过实施例1与实施例8和9的对比可知，本发明所述第一金属薄膜的厚度会影响短路电流密度、开路电压、反光色度与透明度；当第一金属薄的厚度偏低时，会导致jsc下降与voc下降，这是由于过薄的金属以岛状生长为主导，因此不会形成连续薄膜所以没有达到导电的阈值膜厚，因此器件串联电阻过高；当第一金属薄的厚度偏高时，会导致jsc降低与voc降低，这是由于过厚的金属会降低透光率进而导致活性层吸收减弱。
[0149]
(4)通过实施例1与实施例10和11的对比可知，本发明所述第二金属的蒸镀速率会影响短路电流密度、开路电压、反光色度与透明度；当第二金属的蒸镀速率偏低时，会导致jsc下降与voc下降，这是由于过低的速率制备超薄金属无法形成连续薄膜，导致器件串联电阻增大进而降低jsc和voc；当第二金属的蒸镀速率偏高时，会导致jsc降低与voc降低，这是由于电极粗糙度增大不利于实现欧姆接触。
[0150]
(5)通过实施例1与对比例1和2的对比可知，本发明所述彩色半透明有机太阳能电池的成本低廉且具有与ito太阳能电池相近的电流密度，而且所述彩色半透明有机太阳能电池可实现黄，黄、青、蓝、紫或橙的反光色度，所述彩色半透明有机太阳能电池具有半透明的外观。
[0151]
综上所述，本发明所述金属底电极与金属顶电极之间形成微腔结构，所述彩色半透明有机太阳能电池可实现黄、青、蓝、紫或橙的反光色度，所述彩色半透明有机太阳能电池具有半透明的外观，符合大众审美，可用于装饰建筑；同时，所述彩色半透明有机太阳能电池的成本低廉且在弱干涉情况下具有与ito太阳能电池相近的电流密度；本发明所述彩色半透明有机太阳能电池的制备方法的步骤简单、原材料成本低廉且工艺可控性强。
[0152]
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。