[發明專利]一種雙陽極緩沖層體異質結有機太陽能電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201610124321.1
• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN105552233A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發明（設計）人: 康博南;張盼盼;黨揚;張春霞;徐旭
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01L51/44
• 分類號: H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王淑秋

技術領域

本發明屬于有機光伏器件技術領域，具體涉及一種雙陽極緩沖層的體異質 結有機太陽能電池及其制備方法。

背景技術

現如今，傳統能源日漸枯竭，環境污染日益嚴重，人類面臨著能源危機與 環境污染的雙重考驗。因此，尋找低能耗、低污染、低排放的綠色能源，如太 陽能、風能、水能、地熱能、潮汐能等成為發展低碳經濟的需要。其中太陽能 以其可再生、清潔、儲量豐富等特點，成為解決能源與環境問題的研究重點與 熱點。

太陽能電池是將太陽輻射的光能轉換成電能的裝置，是利用太陽能最重要 的方式之一。目前，傳統無機太陽能電池如硅、砷化鎵太陽能電池等，雖然已 投入市場，但其昂貴的成本、對無機半導體的要求高等缺點限制了它的進一步 發展。有機太陽能電池是近二十年發展起來的新型太陽能電池，因其具有材料 來源廣泛、成本低、制備工藝簡單、可制成大面積柔性器件等優點，相比于傳 統太陽能電池更具有優勢和發展空間，得到了越來越多的重視。目前報道的有 機太陽能電池的能量轉換效率已達到10％以上，然而這個數字遠沒有達到可以 大規模生產的要求。因此，如何通過優化器件結構，完善制備工藝等方法來提 高有機太陽能電池的能量轉換效率，成為研究有機太陽能電池的重點。

決定有機太陽能電池器件性能的重要因素有很多，其中之一就是有機活性 層中有效的電荷傳輸，這取決于活性層與陽極之間良好的界面性能。因此研究 者們在活性層與陽極之間引入了一層界面層，也就是陽極緩沖層。目前常用的 陽極緩沖層有PEDOT:PSS和高功函數的金屬氧化物如MoO₃。然而， PEDOT:PSS的酸性和吸濕性降低了器件的整體性能。另外，雖然MoO₃能夠有 效的傳輸空穴，但它不能夠有效地阻擋活性層到陽極的電子傳輸，因此器件具 有較高的載流子復合。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種雙陽極緩沖層體異質結有機太陽能電 池及其制備方法。該太陽能電池引入了雙陽極緩沖層，很好的修飾了活性層與 陽極ITO之間的界面，降低了活性層與陽極之間的勢壘。另外雙陽極緩沖層有 利于激子的分離和載流子的傳輸，減少了載流子復合的幾率，因此能夠有效的 提高器件的能量轉換效率。

為了解決上述技術問題，本發明的雙陽極緩沖層體異質結有機太陽能電池 采用正型結構，自下而上依次為：透明襯底、透明導電陽極、陽極緩沖層、有 機活性層、陰極緩沖層、金屬陰極；其特征在于所述陽極緩沖層為PTFE陽極 緩沖層和MoO₃陽極緩沖層構成的雙陽極緩沖層；PTFE陽極緩沖層制備于透明 導電陽極上；MoO₃陽極緩沖層制備于PTFE陽極緩沖層與有機活性層之間； PTFE陽極緩沖層厚度為0.3～2nm，MoO₃陽極緩沖層厚度為4～10nm。

所述PTFE陽極緩沖層厚度優選1.5nm。

所述的透明襯底為透明玻璃或者透明柔性聚合物，透明柔性聚合物為聚乙 烯、聚對苯二甲酸乙二脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚 酰亞胺或聚丙烯酸中的一種，或由其中兩種以上材料混合制成，或由其中兩種 以上材料按順序一層層制備而成。

所述透明導電陽極，其材料為氧化銦錫(ITO)，沉積于透明襯底上；

所述透明導電陽極厚度為150nm，方塊電阻為15Ω/□。

所述的有機活性層是由電子給體材料PCDTBT和電子受體材料PC₇₁BM按 1:4的質量比配置的混合物，或者是由電子給體材料P3HT和電子受體材料 PC₆₁BM按1:1的質量比配置的混合物。

所述的陰極緩沖層，其材料為Alq3、LiF、卟啉小分子、Bphen或BCP中 的一種，或由其中兩種以上材料按順序一層層制備而成，厚度為1～10nm。

所述的金屬陰極，其材料為Al、Ca、Ag或Au中的一種，或由其中兩種 以上材料按順序一層層制備而成，厚度為100nm～200nm。

本發明的雙陽極緩沖層體異質結有機太陽能電池的制備方法，包括以下步 驟：

①依次使用甲苯、丙酮、洗滌劑、去離子水、異丙醇對透明導電陽極與透 明襯底構成的基片進行超聲清洗，清洗過后的基片保存在異丙醇中備用；