[發明專利]一種倒置有機光伏電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201710187091.8
• 申請日: 2017-03-27
• 公開（公告）號: CN106960909B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 陳勝紅
• 申請（專利權）人: 江蘇博創升降機械有限公司
• 主分類號: H01L51/44
• 分類號: H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及有機光電子器件制造技術領域，特別是一種倒置有機光伏電池器件結構的設計及其制備方法，主要解決倒置有機光伏電池陰極簡單修飾的問題。提出使用金屬納米收集層和激子阻擋層結構解決倒置有機光伏電池電子收集效率低下的問題，顯著提高電子收集效率，避免非輻射躍遷損失，提高器件的開路電壓、短路電流、填充因子，最終大幅提高有機光伏電池的能量轉換效率。該方法制備工藝簡單，成本低廉，避免了復雜的化學工程和溶劑工程，可以大幅降低有機光伏電池的制備成本。

技術領域

本發明涉及有機光電子器件制造技術領域，特別是一種高效率倒置有機光伏電池及其制備方法。

背景技術

嚴峻的能源和環境危機促使著人類尋找可以替代傳統石化燃料的新能源。其中，太陽能不但具有廉價、清潔等優點更是取之不盡用之不竭。有預測表明，未來100年太陽能將作為主要能源，成為解決能源短缺問題的最佳途徑。經過多年的發展，無機光伏電池的能量效率已經突破了40％，并且已經實現了產業化。與無機光伏電池相比，有機光伏電池因為一系列優勢，引起了科研領域的興趣和重視。具體說來，有機光伏電池的優點包括以下方面：1、原材料選擇種類多：可以選擇的有機材料的種類數目繁多，包括多種有機小分子、聚合物、金屬有機配合物等。而且可以通過分子水平上對有機材料進行結構改進，實現有機材料的特定功能。2、有機材料的光吸收能力強，器件可以做的很薄，減少了對材料的消耗。3、有機器件的制備工藝簡單，易于通過旋涂、熱蒸發、絲網印刷等方法實現大面積的生產。4、容易實現柔性器件。由于有機光伏電池眾多的優點，它的出現為人類清潔、安全、廉價地利用環境友好的太陽能帶來了希望。但是與無機光伏電池相比，目前無論是能量轉換效率方面還是器件壽命方面，有機光伏電池仍有巨大的差距。為了實現有機太陽能電池的商業應用，必須進一步提高有機光伏電池的性能。

傳統的有機光伏電池器件結構采用ITO、FTO等透明導電薄膜作為器件的陽極，諸如Al、Ag等低功函數的金屬材料作為陰極。由于Al、Ag等低功函數的金屬材料化學性質活潑，在空氣條件下容易被氧化，引起電極功函數的升高，造成電子收集性能的下降，影響器件的壽命。在有機聚合物電池中常用的陽極修飾層PEDOT:PSS具有很強的酸性，會造成ITO、FTO陽極的腐蝕，從而降低器件的效率和壽命。由于倒置結構光伏電池中低功函數金屬作為陽極，電極氧化造成功函數的升高反而有助于空穴的收集。同時在倒置有機光伏電池也可以避免酸性PEDOT:PSS陽極修飾層的使用。因此采用倒置結構大幅提高有機光伏電池的器件壽命。倒置結構有機光伏器件通常使用傳統的玻璃或者柔性襯底上制備的ITO作為陰極。由于ITO的功函數較高(未處理的ITO功函數4.5eV左右)，當用作陰極時，較高的功函數造成器件電子收集能級勢壘較大，不利于電子收集，降低了器件的短路電流、開路電壓和填充因子，最終導致器件性能低下。有一些辦法可以用來改善這一問題。例如可以在ITO上生長一層無機氧化物電子注入層，例如TiO₂、ZnO等。但是這類金屬氧化物的生長流程復雜，制備過程中需要經過高溫、溶液、化學合成等過程。這一方面與柔性基底并不兼容，另一方面增加了工藝的復雜性，提高了器件的制作成本。本發明就是要提供一種倒置有機光伏電池中陰極簡單修飾的方法，獲得低成本、高效率、長壽命的倒置有機光伏電池。

發明內容

本發明提出了一種倒置有機光伏電池器件結構及其制備工藝,解決倒置有機光伏電池中陰極簡單修飾的問題，獲得低成本、高效率、長壽命的倒置有機光伏器件。

器件結構包括陰極基底、在陰極基底上沉積的納米收集層，在納米收集層上沉積的激子阻擋層，在激子阻擋層上沉積的光捕獲層、在光捕獲層上沉積的空穴收集層，以及在空穴收集層上沉積的陽極所組成。

進一步的，所述的陰極基底為ITO、FTO、AZO中的一種，其厚度在100-200nm。

進一步的，所述的納米收集層為Ag納米顆粒，厚度在0.25-2nm。

進一步的，所述的激子阻擋層為有機材料BAlQ3、BCP、Bphen、Alq3、TAZ、TPBI中的一種，厚度在2-10nm。