[發明專利]一種有機太陽能電池空穴傳輸層及其制備方法

有效

• 申請號: 201310659189.0
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN103715355A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 李堅;高山;姚堯;任強;汪稱意
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 王美華;任曉嵐

技術領域

本發明屬于有機太陽能電池領域，尤其涉及有機太陽能電池空穴傳輸層。

背景技術

有機太陽能電池是當前光伏領域的研究熱點之一，它是20世紀90年代發展起來的新型太陽能電池，它以有機半導體作為實現光電轉換的活性材料。聚合物太陽能電池獨特的“柔性”特點及太陽能電池具有成本低，高彈性，厚度薄以及制作工藝簡單，且環境污染小等優點，使其具有很大的應用前景，而且國際學術界和產業界將太陽能電池作為新一代光伏技術大力投入研發。傳統正向聚合物太陽能電池結構中，空穴傳輸層材料普遍選用PEDOT:PSS水分散體，通過旋涂技術將PEDOT:PSS分散體旋涂在透明電極上，但是PEDOT:PSS的酸性(酸性對一些電極如ITO及活性層具有一定的腐蝕作用)及吸水性質在很大程度上影響了電池器件效率及其壽命。因此為了獲得高效，環境穩定性好的電池器件，研究者使用了鋅、釩、鉬、銫及鎢的氧化物或碳酸鹽作為電池的空穴傳輸層，除了可以提高器件的性能外，還能夠大幅提高電池的壽命。

金屬氧化物一般是通過真空蒸鍍來形成一定厚度的空穴傳輸層，也有通過溶液旋涂法制備空穴傳輸層，溶液旋涂法較真空蒸鍍法工藝簡單，但關鍵問題是如何形成良好的連續的薄膜。Meyer?J,Khalandovsky?R,?P,et?al.MoO₃Films?Spin‐Coated?from?a?Nanoparticle?Suspension?for?Efficient?Hole‐Injection?in?Organic?Electronics[J].Advanced?Materials,2011,23(1):70-73，介紹了將MoO₃與聚合物分散劑Nanograde?GmbH(Product?No.3007)混合，通過溶液處理方法制備了MoO₃空穴傳輸層，經過100℃退火和氧等離子體處理除掉聚合物分散劑后得到6eV左右的功函數，但是這種納米顆粒的MoO₃容易聚集且粗糙度較大(約25nm)。Ryan?J?W,Kirchartz?T,Viterisi?A,et?al.Understanding?the?Effect?of?Donor?Layer?Thickness?and?a?MoO₃Hole?Transport?Layer?on?the?Open-Circuit?Voltage?in?Squaraine/C60Bilayer?Solar?Cells[J].The?Journal?of?Physical?Chemistry?C,2013，介紹了以MoO₃為空穴傳輸層的太陽能電池，通過真空蒸鍍法制備了MoO₃并且獲得了開路電壓(Voc)為0.84V的太陽能電池，且形成的薄膜均勻，但是這種方法相比于溶液旋涂法來制備空穴傳輸層對實驗設備要求較高，且操作時間長復雜。Girotto?C,Voroshazi?E,Cheyns?D,et?al.Solution-processed?MoO₃thin?films?as?a?hole-injection?layer?for?organic?solar?cells[J].ACS?applied?materials&interfaces,2011,3(9):3244-3247，通過MoO₃在雙氧水中80℃條件下回流2h后，冷卻至室溫后得到清澈的黃色液體，并通過聚乙二醇調節其粘度和濃度，結果顯示器件性能優越于通過真空蒸鍍MoO₃所制備的器件，在活性層為P3HT:PCBM條件下的Voc＞1V，但是聚乙二醇的絕緣性會降低MoO₃薄膜的導電性同時也會發生聚集和不連續的現象。Zilberberg?K,Trost?S,Schmidt?H,et?al.Solution?processed?vanadium?pentoxide?as?charge?extraction?layer?for?organic?solar?cells[J].Advanced?Energy?Materials,2011,1(3):377-381.通過溶液旋涂法成功制備了V₂O₅薄膜的空穴傳輸層，且不需任何的后處理，但是V2O5的能帶隙較低，只有2.3eV，容易導致活性層光吸收效率降低。

發明內容

本發明克服現有技術中以過渡金屬作為有機太陽能電池空穴傳輸層的真空蒸鍍不均勻，操作復雜及導電性低的不足，提供一種有機太陽能電池空穴傳輸層的制備方法。