[發(fā)明專利]一種給體材料晶體取向排列的準有序異質(zhì)結有機太陽能電池的制備方法

無效

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• 申請日: 2012-07-20
• 公開（公告）號: CN102790179A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發(fā)明（設計）人: 韓艷春;劉劍剛;高翔;邢汝博
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 陶尊新

技術領域

本發(fā)明屬于有機太陽能電池制備領域，具體涉及一種給體材料晶體取向排列的準有序異質(zhì)結有機太陽能電池的制備方法。

背景技術

有機太陽能電池是可將太陽能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置，可采用溶液印刷方式在柔性基底上大面積高效加工，是便攜電源和清潔能源的理想實現(xiàn)方式。為實現(xiàn)有機太陽能電池的大規(guī)模生產(chǎn)，需要大面積均一有源層薄膜的高效溶液方式制備技術。目前采用的有機太陽能電池溶液制備技術主要包括流延涂膜、噴墨打印和絲網(wǎng)印刷。其中流延涂膜（slot?die）的加工方法具有原料利用率高、薄膜制備面積大和厚度均勻性好等優(yōu)點，是有機太陽能電池初期產(chǎn)業(yè)化加工和未來大規(guī)模生產(chǎn)中的首選加工技術。

為了提高有機太陽能電池的性能，需要控制有源層形貌，以提高激子分離及載流子傳輸和收集的效率。研究表明，聚合物和富勒烯共混的有機太陽能電池中，由于聚合物非晶區(qū)載流子傳輸勢壘大，限制了薄膜空穴遷移率，并導致載流子傳輸不平衡和空間限制電荷出現(xiàn)，降低了器件性能。目前理論研究顯示，增加聚合物晶體間鏈接分子數(shù)目及降低鏈接分子彎曲程度，可有效提高聚合物的載流子遷移率。聚合物晶體取向排列時，有利于增加晶體間鏈接分子數(shù)目，降低鏈接分子扭曲程度，利于降低非晶區(qū)載流子傳輸勢壘，提高薄膜空穴遷移率并改善有機太陽能電池。然而利用目前的流延涂膜加工手段，獲取的有機太陽能電池有源層中聚合物晶體呈雜亂排列，不利于空穴遷移率和有機太陽能電池性能的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的制備有機太陽能電池的方法得到的有機太陽能電池有源層中聚合物晶體呈雜亂排列的問題，而提供一種給體材料晶體取向排列的準有序異質(zhì)結有機太陽能電池的制備方法。

為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術方案：

本發(fā)明提供一種給體材料晶體取向排列的準有序異質(zhì)結有機太陽能電池的制備方法，包括如下步驟：

（1）溶液配制

將氯仿、甲苯和四氫萘混合，形成混合溶劑，然后將電子給體材料和電子受體材料加入混合溶劑中溶解，形成混合溶液，所述的電子給體材料是聚3-己基噻吩（簡稱P3HT），電子受體材料是2ALPHA-苯基-1,2(2ALPHA)-高[5,6]富勒烯-C60-LH-2ALPHA-丁酸甲酯（簡稱PC61BM）；

（2）薄膜制備

將步驟（1）得到的混合溶液通過溶液定向沉積裝置沉積到設置有空穴注入層和透明導電層的基底表面，基底的相對移動速率為50-100微米/秒，基底溫度為20-35℃，溶液干燥后得到共混物薄膜；

（3）器件制備

將步驟（2）中制得的共混物薄膜蒸鍍陰極層，得到給體材料晶體取向排列的準有序異質(zhì)結有機太陽能電池。

優(yōu)選的是，所述的步驟（1）混合溶劑中，氯仿體積百分比為50.0～62.5%，甲苯體積百分比為20.0～35.0%，四氫萘體積百分比為12.5～25.0%。

優(yōu)選的是，所述的步驟（1）中電子給體材料與電子受體材料的質(zhì)量比為0.8～1.5:1.0。

優(yōu)選的是，所述的步驟（1）混合溶液中電子給體材料和電子受體材料的總質(zhì)量體積濃度為10毫克/毫升～30毫克/毫升。

優(yōu)選的是，所述的步驟（1）混合溶液是在50-70℃加熱攪拌下，然后在15℃-20℃下靜置陳化1-10小時后得到的。

優(yōu)選的是，所述的步驟（2）中空穴注入層為聚乙撐二氧噻吩（簡稱PEDOT）。

優(yōu)選的是，所述的陰極層為金屬鈣或金屬鋁。

本發(fā)明的有益效果

本發(fā)明提供一種給體材料晶體取向排列的準有序異質(zhì)結有機太陽能電池的制備方法，該方法將氯仿、甲苯和四氫萘混合，形成混合溶劑，然后將電子給體材料和電子受體材料加入混合溶劑中溶解，形成混合溶液，所述的電子給體材料是P3HT，電子受體材料是PC61BM；然后將得到的混合溶液通過溶液定向沉積裝置沉積到設置有空穴注入層和透明導電層的基底表面，溶液干燥后得到共混物薄膜；最后將制得的共混物薄膜蒸鍍陰極層，得到給體材料晶體取向排列的準有序異質(zhì)結有機太陽能電池。與現(xiàn)有技術相對比，本發(fā)明的方法可直接在成膜過程中通過剪切及溶液定向揮發(fā)形成晶體取向排列，增加了晶體間鏈接程度，改善了載流子傳輸并提高了有機太陽能電池的器件性能；同時該方法具有加工工藝簡單、控制參數(shù)少且易于調(diào)控和重現(xiàn)等特點，能夠滿足有機太陽能電池大規(guī)模加工的需要。實驗結果表明：共混物薄膜二向色性為1.21～1.61，證明薄膜中的分子發(fā)生了取向，得到給體材料晶體取向排列的準有序異質(zhì)結有機太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率為3.26%。

附圖說明