[發(fā)明專利]吸附法制備的聚乙烯吡咯烷酮陰極界面層及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810958829.0
• 申請日: 2018-08-22
• 公開（公告）號: CN110858624B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 侯劍輝;楊蓓
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院化學(xué)研究所
• 主分類號: H01L51/44
• 分類號: H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 關(guān)暢

本發(fā)明公開了一種吸附法制備的聚乙烯吡咯烷酮陰極界面層及其應(yīng)用。該方法包括：將覆有透明導(dǎo)電電極的基底浸入聚乙烯吡咯烷酮溶液中，再取出，吹干而得。本發(fā)明通過將覆有透明陰極的基底浸入PVP溶液中，利用PVP分子與陰極分子之間的相互作用力，得到均勻連續(xù)的薄層PVP陰極界面層，而且不會在活性層中引入陷阱。使用該方法制備的PVP陰極界面層的OSC，具有與使用傳統(tǒng)方法制備PVP陰極界面層的OSC相當(dāng)?shù)墓夥省１景l(fā)明提供了一種可以采用吸附法制備PVP陰極界面層的方法，該法不受PVP耐厚能力或者打印技術(shù)的限制，適用于大面積印刷工藝。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于有機太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及一種吸附法制備的聚乙烯吡咯烷酮陰極界面層及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

有機太陽能電池(OSC)是一種將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的、具有層狀納米結(jié)構(gòu)的裝置。它主要由基底、陰極、陰極界面層、活性層、陽極界面層和陽極組成。一般，活性層由有機給體分子和有機受體分子組成，它是太陽能轉(zhuǎn)化為電能的主要場所。近年來，基于非富勒烯受體材料以及相應(yīng)的給體材料的發(fā)展，OSC的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)達到了13％以上，這極大地促進了OSC的產(chǎn)業(yè)化進程。

與傳統(tǒng)的無機太陽能電池相比，OSC具有可使用打印技術(shù)進行大面積卷對卷印刷的優(yōu)勢，這使得它的制備成本較低。但是，目前還無法在保證器件效率基本不變的情況下實現(xiàn)OSC的打印制備，這主要是因為印刷得到的薄膜的厚度不可避免的具有多分散性，而OSC器件中各層結(jié)構(gòu)都有一定的厚度限制，比如活性層的使用厚度一般在100～300nm，界面層的使用厚度一般不超過40nm，甚至低于10nm。

為了實現(xiàn)OSC的印刷制備，需要克服上述提到的打印技術(shù)與OSC各層膜厚之間的矛盾。對界面層來說，主要有兩種方法可以緩解這一問題。一是提高界面層材料本身的導(dǎo)電性，以提升其膜厚的使用上限。比如，對ZnO進行n摻雜后，其使用厚度可以達到100nm，而n摻雜的MoO₃的使用厚度可以提高到150nm。二是使用一步法同時制備界面層和活性層。該法是將界面層材料直接加入到活性層中，使其在成膜過程中自發(fā)向膜的某一表面聚集，同時形成界面層和活性層兩層結(jié)構(gòu)。對該技術(shù)，膜厚主要受活性層材料限制，這使得對膜厚敏感的界面層材料的使用成為可能。但是，這兩種方法都有一定的局限性。比如，摻雜后的界面層材料會吸收長波方向的光，從而降低進入活性層的光通量，最終影響器件的光電轉(zhuǎn)化能力。而在一步法制備界面層和活性層的技術(shù)中，界面層材料會殘存在活性層中形成陷阱，影響OSC的性能。

由上可知，開發(fā)新的器件制備工藝，對OSC的產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種吸附法制備的聚乙烯吡咯烷酮陰極界面層及其應(yīng)用。

本發(fā)明提供的制備陰極界面層的方法，包括：

將覆有透明導(dǎo)電電極的基底浸入聚乙烯吡咯烷酮溶液中，再取出，吹干而得。

上述方法為吸附法，其原理是利用PVP分子與基底上陰極分子之間的相互作用力，使其自發(fā)吸附到陰極上，進而得到均勻連續(xù)的薄層PVP，并用作陰極界面層來制備有機太陽能電池(OSC)。

上述方法中，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量為200～9,000,000；具體為3500-1,300,000或360,000；分子量分布指數(shù)為1～50。

所述聚乙烯吡咯烷酮溶液的濃度為0.001mg/mL-20g/mL；具體為0.05mg/mL；

所述聚乙烯吡咯烷酮溶液中，溶劑選自N,N-二甲基亞砜、水、甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇、乙酸乙酯、醋酸丁酯、丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、苯、氯苯、二氯苯、三氯苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、苯甲醚、甲基苯甲醚、二苯醚、氯萘、二碘辛烷、二硫辛烷、二碘己烷、氯仿、二氯甲烷、四氯甲烷、四氫呋喃、甲基四氫呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙腈、茴香醛、水楊醛、γ-丁內(nèi)酯和甲氧基乙二醇中至少一種。