[發明專利]一種MXene摻雜PEDOT:PSS為陽極修飾層材料的有機太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201910049796.2
• 申請日: 2019-01-18
• 公開（公告）號: CN109904326B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 於黃忠;侯春利;黃承穩
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L51/44
• 分類號: H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了一種MXene摻雜PEDOT:PSS為陽極修飾層材料的有機太陽能電池及其制備方法。所述有機太陽能電池器件包括依次層疊設置的陽極基底、陽極修飾層、活性層、陰極修飾層以及陰極層。所述陽極修飾層材料由MXene與PEDOT:PSS摻雜而成，且MXene摻雜質量百分比為2~6.5%。本發明采用在PEDOT:PSS中摻雜高電導率、高透光性以及與ITO相匹配功函數的MXene為陽極修飾層來制備有機太陽能電池器件；首先，MXene具有較高的電導率，可以有效的提升有機太陽能電池的電荷傳輸效率；其次MXene可有效調控功函數，降低陽極與活性層之間的界面能力，最終提高有機太陽能電池的光電轉換效率。

技術領域

本發明屬于有機太陽能電池技術領域，特別涉及一種MXene摻雜PEDOT:PSS為陽極修飾層材料的有機太陽能電池及其制備方法。

背景技術

有機太陽能電池具有無毒、柔性、低成本、易加工等優勢而受到廣泛關注。有機太陽能電池由陽極基底、陽極修飾層、活性層、陰極修飾層以及陰極層組成。其中，陽極修飾層可有效調控陽極功函數，降低陽極與活性層之間的界面能力，最終提高有機太陽能電池的光電轉換效率。

有機太陽能電池工作原理為：首先光透過ITO進入光敏活性層，光敏活性層吸收光子而產生激子；激子在給體與受體內部傳輸，并在兩者界面處分離，空穴轉移到給體的HOMO能級上，電子轉移到受體上的LUMO能級，電子和空穴分別被陰極與陽極收集，形成光生電流和光生電壓。

目前有機太陽能電池面臨的主要問題是器件效率偏低，因此，提高能量轉換效率是其能否商業化和與傳統無機光伏電池競爭的關鍵。

PEDOT：PSS薄膜具有很多的優點，其在可見光區具有很高的透光率，好的機械延展性，熱穩定性及良好的成膜性。然而PEDOT：PSS具有強酸性(pH＝1)和吸濕性而造成器件性能極不穩定。圍繞PEDOT：PSS薄膜的摻雜改性，充分利用其它材料的優勢來彌補PEDOT：PSS薄膜的缺陷來提升器件性能成為目前研究熱點。Kim將極性甲醇、丙酮和DMF摻入PEDOT：PSS溶液中提高薄膜的導電性，獲得了優異的能量轉換效率(Synthetic Met2005,149,169-174)；Zhiqiang Zhao將CuBr₂摻雜到PEDOT：PSS溶液中提高薄膜的導電性及薄膜功函數，并將其作為陽極修飾層應用于聚合物太陽能電池，顯著提高了能量轉換效率(ACSAppl.Mater.Inter.2015,7,1439-1448)。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種能顯著提升光電轉換效率的種MXene摻雜PEDOT:PSS為陽極修飾層材料的有機太陽能電池及其制備方法。

一種MXene摻雜PEDOT:PSS為陽極修飾層材料的有機太陽能電池，包括依次層疊設置的陽極基底、陽極修飾層、活性層、陰極修飾層以及陰極層；所述陽極修飾層由MXene與PEDOT:PSS摻雜而成。且所述陽極修飾層中MXene摻雜質量百分比為2～6.5％。

陽極基底選自銦錫氧化物玻璃(ITO)；所述活性層材料為P3HT：PCBM，且活性層厚度為35-45nm。

所述陰極修飾層材料為Ca或PFNBr，所述陰極層材料為Al或Ag；所述陰極修飾層厚度為5-15nm；所述陰極層厚度為80-120nm。

優選的，陽極修飾層的厚度為40nm，活性層的厚度為200nm，陰極修飾層的厚度為10nm，陰極層厚度為100nm。

所述MXene的片大小為50-150nm，所述陽極修飾層的厚度為35-45nm。MXene為風琴狀二維材料，器件對傳輸層結構敏感，如缺陷、粗糙度過大均會嚴重降低性能，此處MXene片太大，在陽極基底鋪展不均勻會造成缺陷，優選MXene的片大小為50-150nm。

本發明的另一個目的在于提供一種MXene摻雜PEDOT:PSS為陽極修飾層的有機太陽能電池的制備方法，其包括如下步驟：