[發明專利]一種用于倒結構聚合物太陽電池的AZO/PVP陰極復合緩沖層及其應用

在審

• 申請號: 201510252311.1
• 申請日: 2015-05-18
• 公開（公告）號: CN105118926A
• 公開（公告）日: 2015-12-02
• 發明（設計）人: 余璇;于曉明;潘洪軍;張建軍
• 申請（專利權）人: 浙江海洋學院
• 主分類號: H01L51/52
• 分類號: H01L51/52;H01L51/56
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏;侯蘭玉

技術領域

本發明屬于新能源中的太陽能電池技術領域，具體涉及一種用于倒結構聚合物太陽電池的AZO/PVP陰極復合緩沖層及其應用。

背景技術

近年來，采用電子傳輸層材料替換了有機傳統結構電池中PEDOT:PSS材料，并使用Au、Ag等高功函數金屬作為陽極，倒結構聚合物太陽電池(Invertedpolymersolarcells,IPSCs)的性能得到明顯提升[參見S.Liao,H.Jhuo,P.Yeh,Y.Cheng,Y.Li,Y.Lee,S.Sharma,S.Chen,SingleJunctionInvertedPolymerSolarCellReachingPowerConversionEfficiency10.31%byEmployingDual-DopedZincOxideNano-FilmasCathodeInterlayer,ScientificReports,doi:10.1038/srep06813]。在IPSC中，Al-dopedZnO(AZO)由于具有高電子遷移率和可見光波段的高透過特性，而且價格低廉，制備方法多種多樣，在有機太陽電池中作為陰極緩沖層。特別是溶膠凝膠方法，無需昂貴的真空設備，能夠實現低成本、大面積成膜，并且制備工藝簡單，溶液組分易調整，過程易控制，被認為具備大面積商業化潛能。[參見X.Yu,X.Yu,J.Zhang,Z.Hu,G.Zhao,Y.Zhao,Effectivelighttrappingenhancednear-UV/bluelightabsorptionininvertedpolymersolarcellsviasol–geltexturedAl-dopedZnObufferlayer,Sol.EnergyMater.Sol.Cells121(2014)28–34；M.H.Chen,Y.C.Kuo,H.H.Lin,Y.Chao,M.Wong,Highlystableinvertedorganicphotovoltaicsusingaluminum-dopedzincoxideaselectrontransportlayers.J.PowerSources,275(2015)274-278]。然而，由于較低溫度下采用溶膠凝膠方法制備的ZnO(AZO)薄膜表面會產生大量不完整配位鍵[參見T.Stubhan,M.Salinas,A.Ebel,F.C.Krebs,A.Hirsch,M.Halik,C.J.Brabec,Increasingthe?llfactorofinvertedP3HT:PCBMsolarcellsthroughsurfacemodi?cationofAl-dopedZnOviaphosphonicacid-anchoredC60SAMs,Adv.EnergyMater.2(2012)532–535]以及羥基缺陷[M.Chen,X.Wang,Y.H.Yu,Z.LPei,X.DBai,C.Sun,R.FHuang,L.SWen.X-rayphotoelectronspectroscopyandaugerelectronspectroscopystudiesofAl-dopedZnOfilms.AppliedSurfaceScience,158(2000)134-140;J.Wang,Z.Wang,B.Huang,Y.Ma,Y.Liu,X.Qin,X.Zhang,Y.Dai,OxygenVacancyInducedBand-GapNarrowingandEnhancedVisibleLightPhotocatalyticActivityofZnO,ACSAppl.Mater.Interfaces,4(2012)4024?4030],再加上有機活性層材料與無機材料AZO緩沖層之間表面能不同，導致二者之間接觸質量較差。優異的互穿網絡和表面形貌將有利于激子的產生和分離，而接觸界面質量直接決定了電荷的傳輸和抽取的效果。在倒結構電池中，無機材料（AZO）緩沖層與有機活性層之間差的接觸，導致電池的表面接觸電阻增加，電池填充因子下降；電池內建電勢降低，體電阻增加，電池開路電壓下降，這樣使得電池器件整體性能的提升受到很大程度的限制。因此，提高倒結構有機聚合物電池性能迫切需要性能優良的陰極緩沖層，不僅能夠與活性層之間形成歐姆接觸，而且制備工藝方便快捷，價格低廉，能與roll-to-roll大面積制備方法相兼容。

發明內容

本發明針對有機倒結構太陽電池中陰極緩沖層AZO存在問題，提供一種用于倒結構聚合物太陽電池的AZO/PVP陰極復合緩沖層。