[發明專利]具有陰極緩沖層的聚合物體異質結有機太陽能電池

無效

• 申請號: 201210027613.5
• 申請日: 2012-02-08
• 公開（公告）號: CN102569656A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 高志強;密保秀;黃維;趙新彥;王海珊
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明涉及有機光電器件技術領域，具體涉及一種采用六-7-氮雜吲哚四鋅合氧配合物?[Zn₄O(AID)₆]做陰極緩沖層的聚合物體異質結有機太陽能電池。該電池結構通過采用Zn₄O(AID)₆材料作為聚合物體異質結有機太陽能電池的陰極緩沖層，制備出了功率轉換效率高的有機太陽能電池。

背景技術

隨著人類對能源需求的日益增加以及對環境問題的日漸重視，太陽能作為不受地域限制、不產生溫室效應、取之不盡的清潔能源，是未來全球最理想的能源模式。利用太陽能存儲和提供能源，是當前學術界所關注的關鍵科學原理和技術應用問題。昂貴的成本及窄帶隙半導體的嚴重光腐蝕限制了無機太陽能電池的實際應用，與此同時，有機太陽能電池因其獨特的優異性能日益受到重視，有望成為有發展前途的太陽能供電技術。其優點主要體現在：有機材料具有非常高的光吸收系數；有機材料合成成本低、功能易于調制、柔韌性及成膜性較好；有機太陽能電池加工過程簡單、可低溫操作、器件制作成本低、可使用柔性襯底、可實現大面積制造。

近年來，體異質結有機太陽能電池的功率轉換效率已經達到了9%左右，然而目前有機太陽能電池的最高功率轉換效率尚未達到應用水平（功率轉換效率大于10％）。主要限制因素包括以下三個方面：有機材料的吸收光譜較窄，對太陽光的吸收有限，導致功率轉換效率不高；光致激子在異質結界面解離時，由于電子在給體和受體之間轉移時的能級差大，能量損耗較大，導致器件開路電壓較小；有機材料載流子遷移率較低，載流子在遷移過程中損耗較大，導致短路電流較小。研究表明，通過在活性層和金屬界面之間加入適當的緩沖層對電極界面進行修飾可顯著提高電荷傳輸和收集效率，從而提高電池的功率轉換效率。本發明中通過在體異質結有機太陽能電池中引入Zn₄O(AID)₆材料作為陰極緩沖層，使有機太陽能電池開路電壓、短路電流、填充因子，以及功率轉換效率得到了較大的提高。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種采用六-7-氮雜吲哚四鋅合氧配合物?[Zn₄O(AID)₆]作為陰極緩沖層的體異質結有機聚合物太陽能電池。利用本發明，可以提高體異質結有機太陽能電池的功率轉換效率。

技術方案：?本發明具有陰極緩沖層的聚合物體異質結有機太陽能電池采用六-7-氮雜吲哚四鋅合氧配合物材料作為陰極緩沖層的聚合物體異質結，該太陽能電池的結構由下到上依次為：襯底、陽極、陽極緩沖層、體異質結活性層、陰極緩沖層、陰極。

所述的襯底采用石英片、玻璃片、聚苯乙烯或聚乙烯。

所述的陽極采用功函數大于陰極的金屬、金屬氧化物、炭黑或導電聚合物。

體異質結活性層由電子給體材料和電子受體材料混合制備而成，其中電子給體層采用P3HT或其他聚合物給體材料，電子受體層采用PCBM或其他電子受體材料。

陰極緩沖層為Zn₄O(AID)_6?。

陰極采用功函數比陽極低的金屬或金屬合金。?

所述的體異質結，其活性層的厚度為600-3000???，陰極緩沖層的厚度為20-200??，陰極厚度為500-2000??。

陽極及陰極的制備方法為真空蒸鍍或濺射，如果材料是很細的顆粒，可通過溶液的旋涂或噴涂獲得，另外電化學沉積的方法也可制得相應的電極。

陽極緩沖層、體異質結活性層和陰極緩沖層，用真空蒸鍍、旋涂、打印或噴涂的方法制備。

有益效果：從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果?：

本發明提供的采用六-7-氮雜吲哚四鋅合氧配合物?[Zn₄O(AID)₆]材料作為陰極緩沖層的體異質結有機太陽能電池，通過在體異質結活性層和陰極界面之間引入Zn₄O(AID)₆作為緩沖層，有利于電荷傳輸，消除陰極引起的激子淬滅，提高激子的利用率；同時避免了由于蒸鍍對有機受體層造成的損害；進而可以提高有機太陽能電池的功率轉換效率。

附圖說明

圖1是本發明提供的采用Zn₄O(AID)₆材料作為陰極緩沖層的體異質結有機太陽

能電池結構的示意圖；

圖2是?Zn₄O(AID)₆的分子結構圖；