[發明專利]一種有機太陽能電池陰極界面材料及其制備方法和有機太陽能電池

在審

• 申請號: 201710021757.2
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106876587A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 解增旗;文新博;羅胤祺;許標;馬於光
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 陳文姬

技術領域

本發明涉及光電材料與器件領域，特別涉及一種有機太陽能電池陰極界面材料及其制備方法和有機太陽能電池。

背景技術

聚合物太陽能電池作為一種低成本、可卷對卷加工的清潔能源，引起了廣泛的關注。倒置聚合物太陽能電池和傳統聚合物太陽能電池相比，具有更高的器件性能和穩定性。隨著太陽能電池的迅速發展，單結太陽能電池能量轉換效率已經超過了12％，這得益于給活性層材料和界面工程的發展。活性層和ITO之間的陰極界面材料在倒置聚合物太陽能電池中電子收集效率發揮了重要的作用。近年來，聚合物電解質，如共軛和非共軛的聚電解質被成功地應用到陰極界面中，實現了高效率的倒置聚合物太陽能。

一般來講，常規有機太陽能電池由襯底，陽極(陰極)界面層、光活性層、陰極(陽極)界面層、金屬電極依次層疊構成。由于已經產業化的PEDOT：PSS以及MoO₃作為陽極界面具有很好的性能，所以開發合適的陰極界面層對于有機太陽能電池的能量轉換效率和穩定性起到至關重要的作用(參考本申請人2013年的中國發明專利申請，專利號：201310088849.4,專利名稱：一種倒置結構的有機/聚合物太陽電池)。

氧化鋅是一種常用的陰極界面材料中，具有價格便宜、容易合成、無毒、穩定及透明度高等優點。為了提高氧化鋅界面層的性能，實現對氧化鋅導電性能和能帶寬度的控制，對氧化鋅進行摻雜非常重要。通過摻雜施主元素，可以使氧化鋅的導電率得到提升，使得氧化鋅成為一種典型的透明導電氧化物。摻雜氧化鋅可應用于發光器件、太陽能電池、光波導、傳感器、平板液晶顯示器和紅外反射器等領域。

由于陰極界面層對于有機太陽能電池的重要作用，人們在制備高性能有機太陽能電池陰極界面領域付出了巨大的努力也取得了一定成果，然而，現代工業對環保的要求日漸提高，追求更加綠色環保的加工方式是大勢所趨；此外，在柔性太陽加工過程中，由于基片為聚合物材料，只能在低溫下加工器件，發展低溫下能夠加工的界面材料非常重要。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在于一種有機太陽能電池陰極界面材料，提高氧化鋅的性能，不僅實現水溶液加工，也提高了加工的穩定性，從而降低規模化生產難度與成本。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種有機太陽能電池陰極界面材料，為含磺酸根取代基的酰亞胺類小分子化合物摻雜的氧化鋅；

所述含磺酸根取代基的酰亞胺類小分子化合物具有以下結構：

式中，n＝1,2,3，R1、R2為獨立可變化取代基團，為H、C1～C20的烷基、吡啶基、未被取代的芳香基或被取代的芳香基。

所述磺酸根在苯環上的取代位置為鄰位、間位、對位三者中的一種。

所述烷基為甲基，乙基，丙基，異丙基，正丁基，仲丁基，異丁基，叔丁基，戊基，己基，庚基，辛基，壬基、癸基中的任一種。

所述芳香基為苯基、萘基、蒽基、菲基、并四苯基、并五苯基、三苯胺基、芘基、茚基、聯苯基和芴基中的至少一種。

被取代的芳香基中的取代基為甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、仲丁基、異丁基、叔丁基、羥基、巰基、脂基、磺基、亞磺基、硝基、氨基、亞氨基、羧基、肼基中的至少一種。

所述帶磺酸根取代基的酰亞胺基團的小分子化合物具有以下結構中的一種：

將含磺酸根取代基的酰亞胺類小分子化合物溶入氧化鋅前驅體溶液或氧化鋅溶液中，將溶液采用旋涂、刷涂、噴涂、浸涂、輥涂、絲網印刷、印刷、噴墨打印或原位聚合的方式在陰極上形成陰極界面層或者在光活性層上形成陰極界面層；

所述含磺酸根取代基的酰亞胺類小分子化合物與氧化鋅的質量比為0.1:100至10:100。

所述氧化鋅前驅體溶液由鋅鹽溶解在去離子水、有機溶劑或無機溶劑中制備而成。

一種有機太陽能電池，包括所述有機太陽能電池陰極界面材料制備而成的陰極界面層。

與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果：

(1)本發明采用含磺酸根取代基的酰亞胺類小分子化合物摻雜的氧化鋅作為陰極界面材料，使得分子水溶性大大提升，加工性能優異，與氧化鋅摻雜，其導電性得到一定程度的提升。

(2)本發明的材料采用水溶液加工技術，制備工藝簡單，制作成本低。

(3)本發明制備的太陽電池，在100℃～200℃退火溫度下能量轉化效率基本接近，實現加工的穩定性以及聚合物柔性基底加工的可能。