[發明專利]混合型異質結作為空穴傳輸層的有機太陽能電池及其制備方法

無效

• 申請號: 201210314660.8
• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN102790176A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 鐘建;李海;于軍勝;張繼君;唐海華
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/56
• 代理公司: 成都華典專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐;楊保剛

技術領域

本發明屬于有機太陽能電池領域，具體涉及一種混合型異質結作為空穴傳輸層的有機太陽能電池及其制備方法。

背景技術

有機太陽能電池是一種將太陽能直接轉化為電能的光伏器件，和無機太陽能電池相比，有機太陽能電池制造過程的能耗低，制造工藝簡單，可以制作在柔性襯底上，易于大規模連續化生產。因此，有機太陽能電池可能成為將來光伏器件的主力軍。

目前，有機太陽能電池轉化效率低，現在最高的轉化效率已經接近10%，但距離商業應用還有一定差距，所以如何提高轉化效率是有機太陽能電池研究的最主要的工作。

造成有機太陽能電池轉化效率低的原因主要有：一方面給體材料吸收光能產生的激子分離效率低，另一方面，由激子分離出的電子和空穴在傳輸到陰極和陽極的過程中很容易被復合。所以解決這兩個問題將有助于提高有機太陽能電池的轉化效率，本發明可以在一定程度上解決第二個問題。

在有機材料中不可避免的會存在大量的復合陷阱，當電子或空穴在傳輸過程中遇到這些陷阱容易發生復合，解決這個問題主要有兩種方法，一種方法是減少陷阱的數目，一種是避開陷阱。減少陷阱的數目主要通過提高材料的純度和增加材料的結晶程度來實現，但這提高了對有機材料的要求，同時使有機太陽能電池制造過程能耗增加很多，制造工藝難度加大。本發明中的異質結傳輸層方法是避開材料中的大量陷阱，將電子或空穴的傳輸限制在異質結界面上，由于異質結在層內的體積比例很小，所以理論上電荷的傳輸將避開很大比例的陷阱。

發明內容

本發明要解決的技術問題是現有技術中有機太陽能電池的載流子的遷移率很低，一般情況下，空穴的遷移率比電子遷移率低，這就造成了電子和空穴的傳輸不平衡，并最終降低了有機太陽能電池的轉化效率。

本發明的技術方案是：混合型異質結作為空穴傳輸層的有機太陽能電池，包括透明襯底，透明陽極電極，空穴傳輸層，給體材料層，受體材料層，電子緩沖層，陰極電極，其特征在于：所述空穴傳輸層是由p型材料和n型材料充分混合形成的異質結傳輸層。該空穴傳輸層形成異質結傳輸網，并且能夠使空穴集中于異質結中傳輸，由于異質結層在整個空穴傳輸層中體積所占比例很低，所以在空穴傳輸過程中可以避開大部分的陷阱，有效的降低復合率。

本發明中，所述的作為空穴傳輸層的異質結傳輸層的p型材料的LUMO能級和HOMO能級均高于n型材料的LUMO能級和HOMO能級，且p型材料的HOMO能級較n型材料LUMO能級低0.2eV-0.4eV，p型材料和n型材料的組合為：p：酞菁銅和n：全氟酞菁銅；p：5,5'-雙(4-聯苯基)-2,2'-二噻吩和n：全氟酞菁銅。

本發明中，所述異質結傳輸層的厚度為1～50nm。

本發明中，所述給體材料是：聚-3己基噻吩、聚(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-亞苯基乙撐)、聚[[9-(1-辛基壬基)-9H-咔唑-2,7-二基]-2,5-噻吩二基-2,1,3-苯并噻二唑-4,7-二基-2,5-噻吩二基]、酞菁鋅、酞菁銅或其他聚苯乙烯撐系列材料、聚噻吩系列材料或基于芳環并噻二唑基團的給體材料。

本發明中，所述受體材料是：富勒烯衍生物或其他受體材料（如BBL、PTPTB或含芘酰亞胺聚合物材料）或它們的混合物。

本發明中，所述電子傳輸層是金屬有機配合物，吡啶類、鄰菲咯啉類、噁二唑類或咪唑類化合物材料中的一種材料，其中金屬有機配合物包括8-羥基喹啉鋁或二（2-甲基-8-喹啉并）-4-（苯基苯酚）鋁，吡啶類化合物包括三[2,4,6-三甲基-3-（吡啶-3-yl）苯基]-硼烷，鄰菲咯啉類化合物包括2,9-二甲基-4,7-聯苯-1,10-鄰二氮雜菲或者4,7-聯苯-1,10-鄰二氮雜菲，噁二唑類電子傳輸材料是2-（4-二苯基）-5-（4-叔丁苯基）-1,3,4-噁二唑或1,3-二[（4-三元胺-丁基苯基）-1,3,4-重氮基酸-5-yl]苯，咪唑類電子傳輸材料是1,3,5-三（N-苯基-苯并咪唑-2）苯等。

本發明中，所述透明襯底是玻璃或者柔性基片或者金屬片或金屬箔片；所述透明陽極電極是金屬氧化物薄膜如ITO；所述陰極電極是鋰、鎂、鈣、鍶、鋁或銦等功函數較低的金屬或它們組合形成的合金。

本發明還提供了一種混合型異質結作為空穴傳輸層的有機太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：

①先對襯底進行徹底的清洗，清洗后干燥；

②在襯底表面形成陽極；

③在陽極上形成混合的異質結層作為空穴傳輸層；

④在空穴傳輸層上形成一層給體材料；

⑤在給體材料層上形成一層受體材料層；