[發明專利]一種有機光伏電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201810689808.3
• 申請日: 2018-06-28
• 公開（公告）號: CN108899424B
• 公開（公告）日: 2023-05-19
• 發明（設計）人: 魏志祥;趙一凡;張建齊;王國棟
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: H10K71/12
• 分類號: H10K71/12;H10K30/00;H10K85/10
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明提供了一種有機光伏電池及其制備方法，包括如下步驟：步驟(1)，在基底層上刮涂有機半導體聚合物溶液，待溶液干燥成膜后得到有機半導體聚合物膜層；步驟(2)，在步驟(1)中得到的有機半導體聚合物膜層上刮涂光伏電子受體溶液，待溶液干燥后得到光伏電子受體膜層。本發明通過使用具有單一方向取向性的刮涂法進行涂覆，能夠有效提升有機半導體聚合物膜層和光伏電子受體膜層的結晶程度，尤其是使得光伏電子受體膜層中的光伏電子受體材料的結晶程度獲得大幅提升，具有更高程度結晶程度的光伏電子受體膜層更有利于光生電子的分離和擴散，與經其他涂覆方法處理的光伏電池相比光電轉換效率提升可達20％以上。

技術領域

本發明屬于電池材料領域，尤其涉及一種有機光伏電池及其制備方法。

背景技術

有機光伏電池屬于一種新型的光電轉換材料，其核心原理是由電子給體材料和電子受體材料形成的雙層膜結構，在光照下，電子給體材料或電子受體材料的體相中產生激子，激子通過擴散作用到達兩種材料的界面產生分離，產生一定的壓降，相對于傳統的肖特基型光伏電池，有機光伏電池中采用的給體-受體雙層膜結構可以顯著地提高激子的分離效率，隨后的研究表明，一種新型的材料富勒烯可以被用來制備電子受體材料，由于富勒烯其表面是一個很大的共軛結構，電子在由60個碳原子軌道組成的分子軌道上離域，可以對外來的電子起到穩定作用，故激發態的電子能極快地從有機半導體分子注入到富勒烯分子中，而反向的過程卻要慢得多，使用修飾后的富勒烯分子作為電子受體材料的光伏電池，如聚對苯乙烯撐/富勒烯型光伏電池通常具有較高的光電轉換效率。

隨著有機光伏電池技術的不斷發展，人們對于有機光伏電池性能的要求也在不斷地提高，現有技術中制備得到的常規有效面積下的有機光伏電池(Organic?Solar?Cells,OSCs)，小面積(0.04cm²左右)的柔性光伏電池的光電轉換效率已經接近15％，其效率已達到市場應化用的要求，然而，現有技術中制備有機光伏電池方法仍然停留在常用的旋涂法，隨著有機光伏電池有效面積的擴大，使用旋涂法制備的光伏電池中相應的缺陷和瑕疵也不斷的增多，故旋涂法已經無法適用于光伏電池的大面積加工與制備，需要進一步的改進，例如，CN105070840A中公開了一種在使用旋涂法制備雙層膜結構的有機光伏電池后，利用紫外光和熱退火的相干效應進而調節和控制基于富勒烯的有機光伏電池內活性層的形貌的方法，上述方法使得由富勒烯組成的活性層中的結晶減少，提高電荷載流子的傳輸效率和遷移率，從而提高有機光伏電池的性能及光電轉換效率，然而，上述方法對于有機光伏電池的光電轉換效率提升效率有限，得到的光伏電池光電轉換效率僅為3％左右，遠不能達到進行商業化生產的需求，CN103078060B公開了一種通過光刻蝕技術制備大面積有機聚合物光伏電池的方法，可以用來連續制備大面積的有機光伏電池，然而，上述方法工藝復雜，制備得到的有機光伏電池與傳統有機光伏電池性能差別不大，故應用前景也較小。

在現有技術的基礎上，本領域的技術人員需要提供一種新的大面積柔性有機光伏電池的制備方法，提高雙層膜中激子的分離與擴散效率，進一步優化有機光伏電池的光電轉換效率，同時，所述制備方法還需具有工藝簡便、清潔環保、能夠連續制備大面積柔性有機光伏電池等特點，以便更大范圍的擴展有機光伏電池的在商業化應用程度。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種能夠有效提高光伏電池的光電轉換效率的大面積柔性光伏電池的制備方法，解決傳統光伏電池制備工藝復雜、耗能較高、無法制備大面積的柔性光伏電池、制備得到的光伏電池光電轉換效率低等問題。

為達此目的，本發明的目的之一在于提供一種有機光伏電池的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

步驟(1)，在基底層上刮涂有機半導體聚合物溶液，待溶液干燥成膜后得到有機半導體聚合物膜層；

步驟(2)，在步驟(1)中得到的有機半導體聚合物膜層上刮涂光伏電子受體溶液，待溶液干燥后得到光伏電子受體膜層。