[發(fā)明專(zhuān)利]一種振蕩輔助旋涂工藝制備具有垂直相梯度分布光活性層的有機(jī)太陽(yáng)能電池的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911399765.6
• 申請(qǐng)日: 2019-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111162176B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張大勇;楊根杰;李嘉文;于軍勝
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L51/42
• 分類(lèi)號(hào): H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 成都弘毅天承知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51230
• 代理人: 軒勇麗

本發(fā)明涉及一種振蕩輔助旋涂工藝制備具有垂直相梯度分布光活性層的有機(jī)太陽(yáng)能電池的制備方法，有機(jī)太陽(yáng)能電池采用反型結(jié)構(gòu)，從下到上依次為襯底，透明導(dǎo)電陰極ITO，ZnO陰極緩沖層，光活性層，MoO₃陽(yáng)極緩沖層，金屬陽(yáng)極，活性層旋涂前，對(duì)滴覆在ZnO陰極緩沖層上的活性層溶液進(jìn)行超聲振蕩，促使溶液形成體積較小的小分子非富勒烯材料沉積在溶液下方，體積較大的聚合物分子材料富集在溶液上方的垂直相梯度分布形態(tài)。解決了非富勒烯體系光活性層內(nèi)相分離不佳，從而導(dǎo)致光生載流子的分離、傳輸與界面間傳遞效率低，使得器件擁有較大的界面接觸電阻與較高的載流子復(fù)合幾率，最終降低器件性能的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及有機(jī)聚合物光伏器件或有機(jī)半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種振蕩輔助旋涂工藝制備具有垂直相梯度分布光活性層的有機(jī)太陽(yáng)能電池的制備方法。

背景技術(shù)

隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的日益更新，人類(lèi)對(duì)能源的需求與日俱增，然而傳統(tǒng)化石能源的過(guò)度使用造成的化石能源儲(chǔ)量驟減及環(huán)境污染這兩大類(lèi)問(wèn)題也隨之出現(xiàn)，因此，開(kāi)發(fā)利用新型清潔能源被認(rèn)為是新世紀(jì)的一個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目。在此背景下，太陽(yáng)能作為一種可再生綠色能源，以其取之不盡，用之不竭、分布廣泛、完全綠色無(wú)污染等特點(diǎn)受到了科研人員的廣泛關(guān)注。而太陽(yáng)能電池作為一種能夠直接將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)換為電能的太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)和利用手段，逐漸成為前沿?zé)衢T(mén)研究領(lǐng)域。根據(jù)太陽(yáng)能電池光活性層材料的不同，可以將太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)單的分為無(wú)機(jī)和有機(jī)半導(dǎo)體材料太陽(yáng)能電池。無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料太陽(yáng)能電池由于發(fā)展起步早，研究比較廣泛，且已進(jìn)行商業(yè)化電池的相關(guān)應(yīng)用。然而該類(lèi)型電池器件制備工藝復(fù)雜，制造成本高昂和會(huì)造成環(huán)境污染等因素限制了自身的進(jìn)一步發(fā)展。反之，基于有機(jī)半導(dǎo)體材料制備的有機(jī)太陽(yáng)能電池，不僅具有與無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池相同的最高理論光電轉(zhuǎn)換效率，還具備工藝簡(jiǎn)單，材料來(lái)源廣泛，可基于柔性襯底制備，可大面積生產(chǎn)，綠色無(wú)污染，質(zhì)量輕，成本低等一系列的優(yōu)點(diǎn)，使其成為解決能源危機(jī)的希望所在。

在過(guò)去的10多年中，溶液法制備富勒烯基有機(jī)太陽(yáng)能電池是該領(lǐng)域的重點(diǎn)研究主體，在科研人員不懈的努力下，該體系太陽(yáng)能電池的功率轉(zhuǎn)換效率已從初期的＜1％提升至＞ 11％，然而，富勒烯類(lèi)材料在長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍內(nèi)吸收弱，電子能級(jí)調(diào)諧能力不佳，及昂貴的提純工藝限制了該體系太陽(yáng)能電池的進(jìn)一步發(fā)展。在此前提下，非富勒烯受體材料以其固有能級(jí)可調(diào)諧性，較強(qiáng)的近紫外-可將光-近紅外光波吸收能力，以及與聚合物施主良好的兼容性等優(yōu)點(diǎn)，而受到越來(lái)越多的關(guān)注，成為目前有機(jī)太陽(yáng)能電池研究領(lǐng)域的主導(dǎo)體系。

目前，在非富勒烯基太陽(yáng)能電池體系中，單結(jié)有機(jī)太陽(yáng)能電池的功率轉(zhuǎn)換效率已超過(guò) 16％，超過(guò)了可商業(yè)化的性能標(biāo)準(zhǔn)(＞15％)，但相較于傳統(tǒng)無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池＞20％的功率轉(zhuǎn)換效率，有機(jī)太陽(yáng)能電池依舊存在極大的提升空間。近3年來(lái)，大量的非富勒烯材料的研究人員合成用于有機(jī)太陽(yáng)能電池，但相較于傳統(tǒng)富勒烯體系有機(jī)太陽(yáng)能電池而言，其活性層內(nèi)部給/受體相分離情況，以及活性層與陰/陽(yáng)極緩沖層的接觸情況仍缺乏確定解釋及相應(yīng)的優(yōu)化手段。因此，研究如何控制有機(jī)光活性層內(nèi)部分層情況、如何優(yōu)化不同功能層之間的接觸情況，是提高有機(jī)太陽(yáng)能電池功率轉(zhuǎn)換效率、提高器件穩(wěn)定性的有效途徑，也是目前有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：提供一種振蕩輔助旋涂工藝制備具有垂直相梯度分布光活性層的有機(jī)太陽(yáng)能電池的制備方法，旨在解決非富勒烯體系光活性層內(nèi)相分離不佳，從而導(dǎo)致光生載流子的分離、傳輸與界面間傳遞效率低，使得器件擁有較大的界面接觸電阻與較高的載流子復(fù)合幾率，最終降低器件性能的問(wèn)題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種振蕩輔助旋涂工藝制備具有垂直相梯度分布光活性層的有機(jī)太陽(yáng)能電池的制備方法，所述有機(jī)太陽(yáng)能電池采用反型結(jié)構(gòu)，從下到上依次為襯底，透明導(dǎo)電陰極ITO，ZnO陰極緩沖層，光活性層，MoO₃陽(yáng)極緩沖層，金屬陽(yáng)極，所述活性層旋涂前，對(duì)滴覆在ZnO陰極緩沖層上的活性層溶液進(jìn)行超聲振蕩，促使溶液形成體積較小的小分子非富勒烯材料沉積在溶液下方，體積較大的聚合物分子材料富集在溶液上方的垂直相梯度分布形態(tài)。