[發明專利]一種磷光染料摻雜的有機太陽能電池

有效

• 申請號: 201210010479.8
• 申請日: 2012-01-13
• 公開（公告）號: CN102569654A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 侯林濤;王平;王標
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 廖繼海

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種磷光染料摻雜的有機太陽能電池。

背景技術

有機太陽能電池由于具有清潔能源、成本低、制備簡單、可彎曲且可大面積生產、易于實現商業化等諸多優點而被廣泛研究。近一年來，報道的電池效率已高達10%，接近或達到大規模商業化10%的要求，預計在5-10年內能大規模投入生產，在一些領域將取代厚重的硅基太陽能電池。

有機太陽能電池的能量轉化效率與光吸收效率、激子擴散效率、激子分離效率和電荷收集效率有關。實驗上有很多方法來提高吸收效率、分離效率和收集效率，而對激子擴散效率的研究報道很少。激子擴散長度的增加會導致更多的激子能擴散到給體/受體(D/A)界面，進而發生電荷分離，產生更多的光電流。不過，由于自旋禁阻效應，一般光激發產生的激子為單重態激子，這類激子壽命較短，擴散長度較低，制約了有機太陽能電池效率的進一步提高。由于三重態激子壽命長，三重態激子擴散長度比單重態激子擴散長度大，采用特殊結構會產生更多的分離電荷以提高光伏器件的能量轉化效率。

申請號為200710032263.0的中國發明專利公開了一種三重態激子擴散長度和能量轉移長度的測量方法，包括制造主體材料層厚度各不相同的磷光有機發光二極管；在通入相同電流密度的條件下，不斷更換磷光有機發光二極管，檢測發光層的發射強度與空間隔離層厚度的關系，得出三重態激子的擴散長度；在通入相同電流密度的條件下，不斷更換磷光有機發光二極管，檢測發光層的發射強度，得出三重態激子的能量轉移長度。該發明對磷光有機發光二極管的設計、材料的選配、器件的優化以及發光效率的提高都具有重要的指導意義。

申請號為201010572408.8的中國發明專利公開了一種具有摻雜磷光材料給體層的有機太陽能電池。發明所述結構的器件，由陽極、空穴傳輸層、給體層、受體層、電子傳輸層和陰極組成，其特征在于：在空穴傳輸層和給體層之間還制備有一層摻雜磷光材料的給體層。磷光材料為Ir(btp)(acac)2、Ir(piq)3、Ir(ppy)(acac)、(F-BT)2-Ir(acac)、Ir(piq)2(acac)或Ir(ppy)3，磷光材料的摻雜濃度為3wt%～15wt%。該發明的結構通過采用將磷光材料摻入距離D/A界面較遠的給體材料中，在提高激子的利用的效率的同時，既結合了給體材料較好的光吸收特性和載流子傳輸性能，又減弱了摻雜對載流子遷移率的影響。

上述發明都是針對小分子有機太陽能器件或者小分子發光器件，采用的制備方法都是真空蒸鍍法，制備過程中濃度難以精確控制；長時間高溫加熱蒸發鍍膜也非常消耗能源；另外，相對高分子聚合物給體材料，小分子給體材料種類的選擇比較單一。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種磷光染料摻雜的有機太陽能電池，其采用溶液旋涂法制備磷光染料摻雜的給體層，相比真空加熱共蒸控制磷光材料摻雜比例，溶液旋涂法的磷光材料摻雜比例更加精確。本發明受體材料采用吸收特性更好的C₇₀。

一種磷光染料摻雜的有機太陽能電池，其結構依次包括陽極、空穴傳輸層、給體層、受體層和陰極，其特征在于：受體層為C₇₀材料，給體層為磷光染料摻雜的高分子聚合物材料。

進一步的，給體層中，高分子聚合物材料為MEH-PPV。

進一步的，給體層中，磷光染料為PtOEP。

進一步的，給體層中，高分子聚合物材料與磷光染料的質量比為100：（3~20），優選100：（5~10）。

進一步的，給體層的厚度為20~60nm，優選25~40nm。

進一步的，空穴傳輸層的厚度為40nm，受體層的厚度為30nm。

進一步的，給體層的具體制備過程如下：

c1）配置混合溶劑：將氯仿中摻入氯苯，氯仿與氯苯的體積比為100：5；

c2）將MEH-PPV以及PtOEP溶解于上述混合溶劑，按所需濃度配成混合溶液，混合溶液濃度為1mg/ml；

c3）將混合溶液旋涂于空穴傳輸層之上。

進一步的，所述的有機太陽能電池的具體制備方法如下：

a）陽極為ITO，將擦洗干凈的ITO依次用丙酮、堿液、去離子水、乙醇各超聲10分鐘，然后用氮氣槍吹干；

b）空穴傳輸層的制備：將PEDOT:PSS旋涂于ITO表面，然后在真空干燥箱中烘干；

c）旋涂給體層；