[發明專利]具有激子阻擋及太陽光增敏的一體式空穴傳輸層的有機太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201610183854.7
• 申請日: 2016-03-29
• 公開（公告）號: CN105655491B
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 鄭燕瓊;張靜;楊芳;魏斌;濮文虹
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01L51/44
• 分類號: H01L51/44;H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發明公開了一種具有激子阻擋及太陽光增敏的一體式空穴傳輸層的有機太陽能電池及其制備方法，本器件包括襯底、透明電極、空穴注入層、激子阻擋層、給體層、受體層、電子傳輸層和電極陰極。該器件的特征之處在于激子阻擋層，通過材料匹配，此激子阻擋層既能實現電子在陽極端的有效阻擋，降低光伏電池的暗電流成分和電子泄漏電流；又能吸收太陽光中紫外線發射純藍或天藍光，增強了后續有機太陽能電池活性層的入射光子數量。提高光生電流以改進光伏電池的功率轉換效率。本發明公開的器件在無其他額外光學設計及復雜工藝的情況下，用一種簡單的方法同時實現了激子阻擋和太陽光增強的雙重功效。制備工藝簡單、設備要求低、適合量產。

技術領域

本發明涉及一種有機光電子器件及其制備方法，特別是涉及一種有機太陽能電池(OPV)及其制備方法，應用于綠色太陽能源技術領域。

背景技術

有機光電子技術是近10年來世界學術界發展迅猛的高科技之一。隨著成膜技術的快速發展及有機材料或有機/無機雜化材料設計的多樣性，有機電致發光器件、有機太陽能電池(organic photovoltaic cell，OPV)、有機場效應晶體管等有機光電子產品逐漸發展成熟，且具有易于大面積制備、柔性、抗震壓等優點。其中，利用清潔能源的有機太陽能電池憑借其綠色環保、低成本等優點，在能源技術領域倍受矚目；采用有機小分子/聚合物材料及簡易的成膜工藝已經取得了光電轉換效率超過12%的突破性進展，為緩解化石能源的枯竭和保證人類社會的可持續發展提供了良好的解決方案。尤其是OPV中的平面異質結由于其結構簡單，對材料純度要求不高，因此是科研工作者初步探索材料特性及器件結構性能的首選。

然而，傳統的OPV器件具有一些缺點：

1. 太陽光譜中紫外光、可見光、紅外光的比例固定，如需增強某一部分的光強，需通過物理光學設計或制備特殊復雜的微納結構以達到聚光或增強反射和折射的目的、或者通過設計復雜結構的級聯式OPV(cascade OPV)拓寬對太陽光的吸收；

2. 傳統的平面異質結電池中的給/受體的激子分離不夠充分，導致短路電流偏低；

3. 體異質結中形貌結構復雜，較難準確控制，機理不明之處較多；

4. 空穴和電子的注入和傳輸速率不匹配導致最終產生的光生電流受限。

OPV中傳統的空穴注入或傳輸材料為poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS)，具有優良的平滑導電基板，抑制漏電流得到較高開路電壓的作用，然而同時也是強激子淬滅劑，這影響了OPV在現實應用領域的推廣。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種具有激子阻擋及太陽光增敏的一體式空穴傳輸層的有機太陽能電池及其制備方法，采用增加陽極端激子阻擋層，在OPV內形成透明陽極-空穴注入層-激子阻擋層-給體層的新型復合功能層結構，使一體式空穴傳輸層能夠同時實現激子阻擋和太陽光增敏的作用，本發明工藝簡單，同時節約材料，降低成本，具有重大的產業價值。

為達到上述發明創造目的，本發明的構思是：

創造基于具有激子阻擋及太陽光增敏的一體式空穴傳輸層的有機太陽能電池器件，器件主要特點是不需要額外的復雜的光學設計或制備微納結構以增強太陽光強度或提供有利的反射和折射，此空穴傳輸層即可吸收紫外光發射藍光或綠光從而額外增加入射光光子數量，且同時具有電子阻擋作用。器件結構簡單，單一空穴傳輸層同時具備兩種功能，且其能級與給體層匹配對器件開路電壓無不良影響，較高的空穴遷移率不會制約器件填充因子。通過合理的選擇材料，巧妙地同時實現激子阻擋及太陽光增敏作用。

根據上述發明構思，采用下述技術方案：