[發明專利]一種疊層陰極緩沖層有機聚合物太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201710028941.X
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106784331B
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發明（設計）人: 徐旭;申思;康博南
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;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

本發明涉及一種疊層陰極緩沖層有機聚合物太陽能電池，該電池采用正型結構，從下到上依次為：透明襯底、透明導電陽極、陽極緩沖層、光活性層、陰極緩沖層、金屬陰極；所述光活性層為電子給體材料PCDTBT和電子受體材料PC₇₁BM按照1:4的質量比混合的組合物；聚乙烯吡咯烷酮陰極緩沖層制備于光活性層上；Alq₃陰極緩沖層制備于聚乙烯吡咯烷酮陰極緩沖層上，其厚度為0.5～1.5nm；CaF₂陰極緩沖層制備于Alq₃陰極緩沖層與金屬陰極之間，其厚度為0.6～1.2nm。本發明降低了器件的串聯電阻，減少了載流子復合幾率，電池更具有穩定性，有效的提高了器件的光電轉換效率。

技術領域

本發明屬于有機聚合物光伏器件技術領域，具體涉及一種疊層陰極緩沖層有機聚合物太陽能電池及其制備方法。

背景技術

近年來，人們對傳統能源包括煤、石油、天然氣在內的化石能源的需求量逐年增加，這也直接導致了環境污染的日益嚴重，其中包括水污染、大氣污染、酸雨、全球溫度升高等問題。因此，人們迫切需要尋求一種新的清潔能源來代替傳統能源，而太陽能正是一種分布廣泛、清潔無污染的可再生能源，成為了新能源領域的研究熱點與重點。

太陽能電池通過光電效應能夠將太陽能轉換為電能，是利用太陽能的重要途徑之一。無機太陽能電池生產成本高、制作過程中能耗大、工藝復雜、對材料的要求苛刻、不易進行大面積生產，因此有機聚合物太陽能電池應運而生，它具有成本低、能耗少、質量輕、材料來源廣泛、制備工藝簡單、可大面積制備柔性器件等優點，近年來得到了廣泛的研究與關注。然而，與無機太陽能電池相比，有機太陽能電池的光電轉換效率相對較低，無法滿足現實生活中的需求，人們迫切需要尋求新的方法提高有機聚合物太陽能電池的光電轉換效率。

在有機聚合物太陽能電池中，電子和空穴分別通過電子受體材料和電子給體材料傳輸到電極，產生電流。因此，電流的產生不僅與電子、空穴的傳輸有關，也與光活性層和電極之間的界面性質密切相關。研究表明，在太陽能電池的光活性層和金屬電極之間引入陰極緩沖層能夠促進電荷的傳輸、有利于電極處載流子的收集、優化了能級以及界面性能，進而提高了電池的光電轉換效率。目前常用的陰極緩沖層有ZnO、TiO₂、PFN，多用在反型結構里，正型結構的電池常用的陰極緩沖層有LiF、CsCO₃，雖然能夠有效的傳輸電子，但它不能有效地阻擋活性層到陰極的空穴傳輸，器件的載流子復合幾率較高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種串聯電阻低，開路電壓、短路電流密度、填充因子以及光電轉換效率高的疊層陰極緩沖層有機聚合物太陽能電池及其制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明的疊層陰極緩沖層有機聚合物太陽能電池，采用正型結構，從下到上依次為：透明襯底、透明導電陽極、陽極緩沖層、光活性層、陰極緩沖層、金屬陰極；其特征在于所述光活性層為電子給體材料PCDTBT和電子受體材料PC₇₁BM按照1:4的質量比混合的組合物；陰極緩沖層采用由聚乙烯吡咯烷酮陰極緩沖層、Alq₃陰極緩沖層和CaF₂陰極緩沖層構成的疊層陰極緩沖層；聚乙烯吡咯烷酮陰極緩沖層制備于光活性層上；Alq₃陰極緩沖層制備于聚乙烯吡咯烷酮陰極緩沖層上，其厚度為0.5～1.5nm；CaF₂陰極緩沖層制備于Alq₃陰極緩沖層與金屬陰極之間，其厚度為0.6～1.2nm。

所述聚乙烯吡咯烷酮陰極緩沖層通過旋涂方法制備于光活性層上。

所述聚乙烯吡咯烷酮陰極緩沖層還可以通過自組裝方法制備于光活性層上，形成SAM聚乙烯吡咯烷酮陰極緩沖層。