[發明專利]一種有機太陽能電池用電子傳輸層的改性方法

有效

• 申請號: 201910793276.2
• 申請日: 2019-08-27
• 公開（公告）號: CN110491999B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 王忠強;郭鹍鵬;王華;張如芹;王宗濤;吳月珍
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 太原華弈知識產權代理事務所 14108
• 代理人: 李毅

本發明涉及一種有機太陽能電池用電子傳輸層的改性方法，是在以常規溶膠?凝膠法制備n?型半導體材料的反應體系中加入吡啶類衍生物改性劑，原位制備n?型半導體前驅體溶液，將所述n?型半導體前驅體溶液旋涂成膜，經100～400℃退火處理，得到改性n?型半導體材料類電子傳輸層。以該改性n?型半導體材料類電子傳輸層制備有機太陽能電池，能夠促進電子在太陽能電池中的傳輸和萃取，提高有機太陽能電池對太陽光子的利用率，進而提高有機太陽能電池的光電轉換效率。

技術領域

本發明涉及一種有機太陽能電池用電子傳輸層的改性方法，以本發明方法改性的電子傳輸層制備有機太陽能電池，能夠顯著提高有機太陽能電池的光電轉換效率。

背景技術

太陽能電池技術的發展，是解決環境污染和能源危機的重要技術手段。有機太陽能電池由于成本低、重量輕、可制備大面積柔性器件等潛在優勢，引起研究者的廣泛關注。

近年來，由于新的活性層材料、界面工程以及器件結構設計的不斷發展，有機太陽能電池的效率不斷提高，光電轉換效率已達到14%。在有機太陽能電池中，界面修飾層的存在使得電極與活性層之間具有良好的歐姆接觸，提高了器件的內建電場，抑制了電荷載流子的復合等，從而有效提高了有機太陽能電池的光電轉換效率。

正式太陽能電池通常使用酸性PEDOT:PSS作為空穴傳輸層。這種材料不僅容易吸收水分，而且會腐蝕電極，使得器件的效率下降并且穩定性差。

為了提高太陽能電池的穩定性和光電轉換效率，研究者們提出了反式器件結構。在反式器件結構中，金屬氧化物n-型半導體材料（例如氧化鋅、氧化銫、二氧化鈦、五氧化二鈮、氧化鉻、三氧化二鋁、氧化錫等）一般被用作電子傳輸層，并以高功函數金屬（如金）作為金屬電極。因為金屬氧化物與具有高功函數的金屬在空氣中具有高的穩定性，所以反式器件結構可以顯著提高太陽能電池的穩定性。

金屬氧化物n-型半導體材料具有良好的導電性，價格低廉，容易獲取，同時屬于環境友好型材料。金屬氧化物n-型半導體的制備包括氣相沉積法、電化學法、磁控濺射法、溶膠-凝膠法等。與其它制備方法相比，溶膠-凝膠法具有成本低廉、制備工藝簡便、適合大面積制備等優點。然而，溶膠-凝膠法制備的電子傳輸層容易產生大量缺陷態，這些缺陷態會成為電荷復合的潛在位點，對電子傳輸能力造成不利影響，影響太陽能電池的性能。

另外，這些金屬氧化物n-型半導體材料電子傳輸層都表現出一定程度的親水性，導致其與活性層中的有機材料間相容性降低，使得電子傳輸層與活性層之間的接觸性下降，導致太陽能電池產生較大的接觸電阻，進而影響太陽能電池的電荷萃取過程，對太陽能電池的性能造成不利影響。

為了解決溶膠-凝膠法制備金屬氧化物n-型半導體材料電子傳輸層存在的這些問題，提高太陽能電池的光電轉換效率，研究者們提出了將n-型半導體材料與有機物相結合的雙層結構電子傳輸層（n-型半導體/有機物）。雙層結構電子傳輸層能有效改善接觸、鈍化表面缺陷、調節功函數等，從而獲得高效的有機太陽能電池。

但是，該雙層結構電子傳輸層所實現的作用類似于吡啶類化合物在染料敏化太陽電池電解質中起到的作用，只能鈍化電子傳輸層的表面缺陷，無法對電子傳輸層內部缺陷產生影響。此外，雙層結構電子傳輸層還勢必會引入新的界面接觸，使太陽能電池的制備工藝變得更加復雜。

發明內容

本發明的目的是提供一種有機太陽能電池用電子傳輸層的改性方法，通過對現有溶膠-凝膠法制備n-型半導體材料進行改性，實現電子傳輸層的缺陷態原位鈍化，提升電子傳輸層性能，改善電子傳輸層與光吸收層之間的界面接觸，最終提高太陽能電池的性能。

本發明所述的有機太陽能電池用電子傳輸層的改性方法是針對n-型半導體材料進行的，在以常規溶膠-凝膠法制備n-型半導體材料的反應體系中加入吡啶類衍生物改性劑，原位制備n-型半導體前驅體溶液，將所述n-型半導體前驅體溶液旋涂成膜，經100～400℃退火處理，得到改性n-型半導體材料類電子傳輸層。