[發明專利]一種基于聚乙二醇修飾的氧化鋅電子傳輸層構建柔性結構的聚合物太陽能電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201910701604.1
• 申請日: 2019-07-31
• 公開（公告）號: CN110459682A
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 沈文飛;唐建國;王薇;王彥欣;王久興
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 37218 濟南泉城專利商標事務所
• 代理人: 張貴賓<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及聚合物太陽能電池領域，特別公開了一種基于聚乙二醇修飾的氧化鋅電子傳輸層構建柔性結構的聚合物太陽能電池及其制備方法。該聚合物太陽能電池，其特征在于：由下到上依次為帶有OMO電極的柔性透明基底、聚乙二醇修飾的氧化鋅電子傳輸層、非富勒烯體系光活性層、空穴緩沖層和陽極電極；氧化鋅電子傳輸層上覆有聚乙二醇薄層。本發明通過聚乙二醇薄層的修飾，抑制了電子和空穴在氧化鋅電子傳輸層表面的復合概率，提高了電荷的提取效率，同時提高電池器件的光電流和填充因子，最終提高電池器件的光電轉化效率。

（一）技術領域

本發明涉及聚合物太陽能電池領域，特別涉及一種基于聚乙二醇修飾的氧化鋅電子傳輸層構建柔性結構的聚合物太陽能電池及其制備方法。

（二）背景技術

隨著石化能源的枯竭與環境污染的日益嚴重，開發利用清潔可再生的能源迫在眉睫，其中太陽能清潔、可再生、便于就地利用，是各國研究的重點。太陽能電池是開發利用太陽能的核心設備，聚合物太陽能電池相比于無機太陽能電池具有質輕、制作工藝簡單、廉價、可卷曲等優點，然而目前其光電轉換效率和穩定性等問題仍然限制著其工業化生產。

為追求高的光電轉化效率，目前，聚合物太陽能電池多在硬的玻璃/氧化銦錫透明基底上構建，這雖然獲得了較高的光電轉換效率，但是與其所追求的質輕、可卷曲等優點相悖。因而，在柔性透明基底上構建聚合物太陽能電池更有意義。為了使光活性層和電極之間形成理想的歐姆接觸，通常需要在光活性層和陰極之間插入電子傳輸層，在光活性層和陽極之間插入空穴傳輸層。電子傳輸層材料通常是ZnO、TiO₂等透明氧化物半導體材料，然而ZnO作為電子傳輸層時，其表面缺陷容易造成電子和空穴的再復合，從而降低電荷的提取效率。為彌補其表面缺陷，通常采用化學合成的PFN或PFN-Br等界面修飾材料對其表面進行修飾，可以顯著提高器件的光電轉化性能。但是PFN、PFN-Br等材料合成步驟較多、較復雜，因而尋找可替代的廉價的界面修飾材料具有重要的意義。

（三）發明內容

本發明為了彌補現有技術的不足，提供了一種光吸收性能好、光電轉化效率高的基于聚乙二醇修飾的氧化鋅電子傳輸層構建柔性結構的聚合物太陽能電池及其制備方法。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種基于聚乙二醇修飾的氧化鋅電子傳輸層構建柔性結構的聚合物太陽能電池，其特征在于：由下到上依次為帶有OMO電極的柔性透明基底、聚乙二醇修飾的氧化鋅電子傳輸層、非富勒烯體系光活性層、空穴緩沖層和陽極電極；氧化鋅電子傳輸層上覆有聚乙二醇薄層。

本發明通過聚乙二醇薄層對氧化鋅電子傳輸層的修飾，抑制了電子和空穴在氧化鋅電子傳輸層表面的復合概率，提高了電荷的提取效率，最終使柔性電池器件獲得較高的光電轉換效率。

本發明的更優技術方案為：

所述柔性透明基底為PET薄膜。

所述OMO電極為兩氧化物層中間夾設金屬層的三層結構電極，其中，所述金屬層材料為Au、Ag或Cu，厚度為5-10nm；氧化物層的材料為半導體金屬氧化物；OMO結構電極在可見光區保持較高光透過率的同時，保持較高的電荷傳輸效率。

所述氧化鋅電子傳輸層包括氧化鋅納米顆粒層和聚乙二醇薄層，其中，氧化鋅納米顆粒層的厚度為30nm，，氧化鋅為顆粒狀，粒徑為4nm，聚乙二醇薄層的厚度為5-10nm。通過聚乙二醇修飾的氧化鋅電子傳輸層對柔性電池器件結構進一步修飾，可以顯著提高電子的提取和遷移效率。

所述非富勒烯體系光活性層的厚度為100nm，其中，給體材料為中間帶隙聚合物給體材料J71或J61，受體材料為非富勒烯稠環衍生物ITIC或ITIC-m，給體材料和受體材料的共混比例為1:1。

所述空穴緩沖層的材料為MoO₃，厚度為10nm；陽極電極的材料為Ag，厚度為100nm。