[發明專利]一種基于低溫制備熱結晶活性層的厚膜有機太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201710762028.2
• 申請日: 2017-08-30
• 公開（公告）號: CN107565028B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 于軍勝;張曉華;王瀚雨;范譜;范恵東
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 廖祥文

本發明涉及一種基于低溫制備熱結晶活性層的厚膜有機太陽能電池，該太陽能電池采用反型結構，包括從下往上依次設置的襯底層、ITO透明導電陰極層、陰極緩沖層、光活性層、陽極緩沖層、金屬陽極層；所述光活性層為電子給體材料、電子受體材料及有機絕緣材料混合形成的薄膜結構電子給體材料重量百分比為：39?39.5％；電子受體材料重量百分比為：58?60％；有機絕緣材料重量百分比為：0.5?3％。同時本發明還公開了該厚膜有機太陽能電池的制備方法。本發明摻入的有機絕緣材料使易團聚的熱結晶材料更均勻的分散在溶液中，使活性層材料在室溫下的膠狀轉變成液態，進而能夠在室溫下制備，簡化了制備工藝，有利于實現大規模生產。

技術領域

本發明涉及一種太陽能電池，屬于新能源太陽能電池領域；具體涉及一種基于低溫制備熱結晶活性層的厚膜有機太陽能電池；同時，本發明還公開了該厚膜有機太陽能電池的制備方法。

背景技術

隨著全球能源需求的急劇增長，人類社會正面臨著嚴峻的能源危機和環境惡化等社會問題，社會的發展對能源的需求量不斷增加，但是傳統能源的儲量十分有限。同時，傳統能源的使用也造成了非常嚴重的環境問題，包括大氣污染、水污染、溫室效應以及PM2.5等熱點問題。太陽能作為一種可再生能源正符合這一要求。太陽能每秒鐘到達地面的能量高達80萬千瓦，若把地球表面0.1％的太陽能轉為電能，轉變率5％，每年發電量就可達5.6×1012千瓦/小時。在太陽能的有效利用中,太陽能光電利用是近些年來發展最快,最具活力的研究領域,是其中最受矚目的項目之一。根據太陽能電池光活性層材料的性質的不同，可以將光活性層材料分為無機半導體材料和有機半導體材料。無機半導體材料由于發展起步早，研究比較廣泛，基于無機半導體材料的無機太陽能電池在太陽能電池應用中占據了主導地位。但是無機半導體材料本身有其不足之處，比如加工工藝非常復雜、材料要求苛刻、不易進行大面積柔性加工、某些材料具有毒性等，這些缺點制約了無機太陽電池的進一步發展。與無機半導體材料相比，基于有機半導體材料的有機太陽能電池，不僅具有與無機太陽能電池相同的最高理論光電轉換效率,而且還具有質量輕、可濕法成膜、能加工成特種形狀、易制成柔性器件、甚至可以實現全塑料化等顯著優勢，目前己經成為國內外研究的熱點之一，也是解決能源危機的希望所在。

然而，與無機太陽能電池已經大規模生產相比，有機太陽能電池由于其目前的光電轉換效率還相對較低，其商用化還尚需時日。在各種提高有機太陽能電池光電轉換效率的措施中，由于厚膜體系的有機太陽能電池能吸收更多的光，產生更多的激子，從而能極大的提高器件的光電轉換效率，因此受到人們的普遍關注。但是用于制備厚膜有機太陽能電池傳統的活性層PffBT4T-2OD：PC₇₁BM薄膜的粗糙度大，電子給體(PffBT4T-2OD)的團聚嚴重，并且活性層的結晶性隨著溫度的變化而變化，使得其結晶和形貌難以調控，更困難的是基于PffBT4T-2OD：PC₇₁BM的活性層溶液在室溫下為膠狀，必須加熱到很高的溫度才能很好的制備成膜，這種高溫制備工藝不但會破壞其他功能層，而且與在低溫下的印刷工藝是不兼容的，難以實現大規模生產。因此，通過優化活性層的制備工藝，減少活性層中的缺陷，將活性層厚度提升至便于工業化生產的量級，以及進一步提升器件的光電轉換效率，是目前有機太陽能電池領域研究的重點及難點之一。

發明內容

基于以上技術問題，本發明提供了一種基于低溫制備熱結晶活性層的厚膜有機太陽能電池，從而解決了以往有機太陽能電池中熱結晶材料在低溫下難以成膜的技術問題。

為解決以上技術問題，本發明采用的技術方案如下：

一種基于低溫制備熱結晶活性層的厚膜有機太陽能電池，該太陽能電池采用反型結構，包括從下往上依次設置的襯底層、ITO透明導電陰極層、陰極緩沖層、光活性層、陽極緩沖層、金屬陽極層；

所述光活性層為電子給體材料、電子受體材料及有機絕緣材料混合形成的薄膜結構

其中，

電子給體材料重量百分比為：39-39.5％；