[發明專利]一種有機太陽能電池及制備方法

在審

• 申請號: 201410549066.6
• 申請日: 2014-10-16
• 公開（公告）號: CN104393175A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 陳義旺;諶烈;章勇;談利承;胡笑添
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

技術領域

本發明屬于有機太陽能電池領域。

背景技術

當前能源危機所帶來的壓力，迫使各國在太陽能電池等清潔能源領域投入了大量的人力、物力和財力。有機太陽能電池具有成本低、質輕、柔性、可大面積印刷等特點，使其成為下一代具有商業化應用前景的綠色能源。有機太陽能電池最初是由活性層插入到聚(3,4-乙撐二氧噻吩):(聚苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)覆蓋的氧化銦錫(ITO)正極和一種低功函的負極(如：鋁)中間的傳統結構來實現的。然而由于以下三方面影響：1.氧通過小孔擴散到光活性層；2.鋁電極的晶界；3.PEDOT:PSS對ITO的腐蝕。這種傳統結構的太陽能電池器件穩定性較差，光電轉化效率衰減較快，不利于商業化生產。

為解決穩定性問題，電荷收集方向與傳統結構相反的反向結構有機太陽能電池被提出。在這種反向結構的電池中，用在空氣中具有高穩定性的高功函金屬(如：銀和金)作正極收集空穴，用ITO作負極收集電子。為了有效的在ITO上收集電子，可溶液制備的無機金屬氧化物(如：氧化鈦和氧化鋅)作為電子傳輸層修飾ITO已經被廣泛的應用于有機太陽能電池。然而，這些金屬氧化物存在一些缺點，其前驅體轉換為金屬氧化物需要高溫燒結條件，而且金屬氧化物表面缺陷較多，導致其電子遷移率低，這對于大面積生產以及卷對卷印刷是非常不利的。

導電聚合物PEDOT:PSS具有良好的電學性能，在可見光范圍內的高透過率，柔性以及低溫可溶液制備等優點，PEDOT:PSS成為一種理想的緩沖層材料。但是，高功函以及酸性腐蝕ITO等缺點限制了其在有機太陽能電池中應用，因此一直未被應用于電子傳輸層。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的問題和不足，提供一種能夠有效提高太陽能電池光電轉換效率和穩定性的有機太陽能電池。目的就是提供一種可以實現工藝簡單、低溫、低成本、可工業化大規模生產的反向太陽能電池器件的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種有機太陽能電池，包括透明襯底、負極、電子傳輸層、光活性層、空穴傳輸層、正極。

所述電子傳輸層包括修飾層和共軛聚合物PEDOT:PSS兩層。其中修飾層為含氨基的材料，優選氨基酸、聚乙烯亞胺(PEI)或乙氧基化聚乙烯亞胺(PEIE)。

所述的共軛聚合物PEDOT:PSS構式如下：

所述的修飾層材料結構式如下：

所述的PEDOT:PSS層厚度為30nm～60nm，修飾層厚度為5nm～30nm。優選的PEDOT:PSS厚度為40nm，修飾層的厚度為10-20nm。

本發明所述的有機太陽能電池的制備步驟如下：

(1)將含有ITO的玻璃基底清洗干凈，在基底上制備得到有機太陽能電池的電子傳輸層；

(2)將光活性層給受體材料，溶解過濾后旋涂在電子傳輸層上，即得到活性層；

(3)將活性層進行干燥退火；

(4)最后在真空條件下(1×10^-4pa)先蒸鍍一層空穴傳輸層，再蒸鍍一層正極。

本發明所述的有機太陽能電池電子傳輸層的制備方法為：

(1)在室溫條件下，將修飾層材料加到乙二醇單甲醚溶劑中配成濃度為0.1wt％～10wt％的溶液，磁力攪拌5min～30min，溶解；將PEDOT:PSS水溶液進行超聲。

(2)先將PEDOT:PSS水溶液鋪滿在清洗干凈的負極表面，旋涂甩干后退火，然后再將修飾層材料溶液旋涂甩干后退火，得到電子傳輸層。

進一步地，所述的旋涂分為兩步，第一步PEDOT:PSS層轉速為4000r/min，時間為1min，第二步修飾層轉速為5000r/min，時間為1min，旋涂環境為空氣或氮氣；第一步所述退火溫度為120℃～160℃，退火環境為空氣或氮氣，第二步所述退火溫度為100℃～160℃，退火時間為10min～20min，退火環境為空氣或氮氣。

本發明通過氨基酸、PEI、PEIE等含氨基的物質修飾調節PEDOT:PSS的功函使得PEDOT:PSS適合作為電子傳輸層；另外，這些含氨基的修飾層可降低酸性減少對ITO的腐蝕，從而進一步提高器件穩定性，彌補PEDOT:PSS的缺點。這種采用已商業化材料通過可溶液制備的電子傳輸層為高性能有機太陽能電池大面積化生產提供可能。

本發明具有以下優點：