[發明專利]采用離子液體薄膜作中間層的反式有機太陽能電池及制備

有效

• 申請號: 201410582752.3
• 申請日: 2014-10-27
• 公開（公告）號: CN105633284B
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 李燦;張堅;傅平
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01L51/44
• 分類號: H01L51/44;H01L51/48;H01L51/46;H01L51/42
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明屬于有機太陽能電池的技術領域，特指一種采用離子液體作為中間層的反式有機太陽能電池及其制備方法，該方法采用一步旋涂離子液體與光敏層的混合溶液，離子液體自發發生垂直相分離，在陰極與光敏層之間形成中間層。本發明的優點在于光敏層與中間層采用一步法制備，有機太陽能電池效率與傳統采用兩步法制備的有機太陽能電池的效率基本相同，具有制備方法簡單，易操作，低成本，穩定性好等優點。

技術領域

本發明涉及一種采用離子液體薄膜作為中間層的反式有機太陽能電池器件及其制備方法。主要在于將離子液和光敏層的混合液制備在陽極上時自發發生垂直相分離成陰極中間層與光敏層，進而制備出高效的反式有機太陽能電池。

背景技術

本體異質結有機太陽能電池以其工藝簡單、柔性、低廉和可以通過卷對卷、噴墨打印等方法實現大面積生產等優勢而備受關注。目前,研究者主要采用合成新的給體受體材料，新的設備結構以及中間層的探索等來進一步提高有機太陽能電池的轉換效率。尤其在光敏層和電極之間引入中間層是制備高效太陽能電池的關鍵，中間層的引入有助于調變電極功函，使能帶位置更匹配，利于電荷收集，否則，電荷聚集和復合損失將降低有機太陽能電池的轉換效率。目前，一系列的陰極界面材料包括金屬氧化物、金屬碳酸鹽和水溶性的氨基及銨鹽的聚電解質等已被成功的應用到有機太陽能電池中。但是金屬氧化物、金屬碳酸鹽需要通過真空蒸鍍、濺射等方法進行制備或溶液方法制備再進行高溫處理，因而造成制備成本高，不利于產業化。聚電解質雖然可以基于溶液過程進行制備，但它有效厚度只有幾納米，大面積卷對卷制備這樣超薄均一膜具有挑戰性，而且多步法旋涂制備亦減損了有機太陽能電池工藝簡單的特點，所以急需尋找一種基于溶液、低成本且可大面積制備超薄膜的制備陰極中間層工藝。

我們利用離子液體與兩元光敏層溶液可自發的產生垂直相分離的現象一步實現超薄陰極中間層與光敏層的制備。這種方法主要是將含氨基的高表面能的材料與光敏層混合采用一步法制備，這樣由于表面能差異和靜電相互作用，在制備過程中，自發形成雙層結構，即界面中間層和光敏層，大大簡化高效反式有機太陽能電池制備工藝且降低成本。目前為止，關于這種靜電自組裝一步法制備有機太陽能電池的研究仍然非常有限，而且將離子液和光敏層相混合一步法制備高效的有機太陽能電池仍然是一個空白。離子液體有較好的透光性，具有較好的電子傳輸能力，而且種類多、生產成本較低(專利,201410164123.9)。本發明采用離子液體與光敏層混合一步法旋涂，通過自發的垂直相分離原理可獲得高效的反式有機太陽能電池，而且一步旋涂法得到的器件的效率可類比于兩步旋涂得到器件的效率，從某種意義上來看，這種一步法制備反式有機太陽能電池對實際的大面積卷對卷產業化制備有機太陽能電池是非常有吸引力的。

發明內容

本發明是利用離子液體作為有機太陽能電池的陰極中間層，主要制備工藝在于一步法旋涂離子液和光敏層的混合液，即可自發垂直相分離成雙層結構的技術來制備高效的反式有機太陽能電池。目的在于提供一種低成本，易產業化的自組裝制備超薄膜的工藝來制備高效的反式有機太陽能電池。

本發明可將離子液體，光敏層配制成的溶液，采用旋涂、印刷、打印等卷對卷制備技術制備成薄膜，然后在離子液體薄膜上制備出有機太陽能電池。

采用離子液體薄膜作為中間層的有機太陽能電池，包括層狀相互疊合的陽極與陰極，以及在陽極與陰極之間的一光敏層，在該陽極和光敏層之間設置中間層，在所述的陰極和所述光敏層之間設置陰極中間層，所述陰極中間層為離子液體薄膜。