[發明專利]一種基于ZnO電子傳輸層改性的有機太陽能電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202010198504.4
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111430546A
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 于軍勝;周暢;胡榮;李璐
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 白小明

本發明公開了一種基于ZnO電子傳輸層改性的有機太陽能電池及其制備方法，屬于有機半導體薄膜太陽能電池領域，從下至上依次為：襯底、透明導電陰極ITO、ZnO電子傳輸層、光活性層、空穴傳輸層和金屬陽極層，配制改性后的ZnO前驅體溶液，之后涂覆在所述透明導電陰極ITO表面相形成薄膜，并將所形成的薄膜進行烘烤，得到ZnO電子傳輸層，改性后的ZnO前驅體溶液的配制方法為，在乙二醇甲醚中加入醋酸鋅和乙醇胺溶解得到ZnO前驅體溶液，隨后摻雜金屬鹽和聚合物，充分溶解并混合均勻后得到改性后的ZnO前驅體溶液。優化了ZnO陰極緩沖層與活性層之間的接觸，降低了界面間的接觸電阻，提高了光生載流子的傳輸能力，提高了短路電流，最終提高了整個有機太陽能電池的性能。

技術領域

本發明屬于有機半導體薄膜太陽能電池領域，具體涉及一種基于ZnO電子傳輸層改性的有機太陽能電池及其制備方法。

背景技術

隨著世界經濟的發展，能源消耗、環境污染等問題日益成為世界各國關注的首要問題，傳統化石能源隨著人們的不斷開發已經趨于枯竭的邊緣。太陽能作為一種可再生能源正符合這一要求。太陽能每秒鐘到達地面的能量高達80萬千瓦，若把地球表面0.1％的太陽能轉為電能，轉變率5％，每年發電量就可達5.6×1012千瓦/小時。在太陽能的有效利用中，太陽能光電利用是近些年來發展最快，最具活力的研究領域，是其中最受矚目的項目之一。根據太陽能電池光活性層材料的性質的不同，可以將光活性層材料分為無機半導體材料和有機半導體材料。無機半導體材料由于發展起步早，研究比較廣泛，基于無機半導體材料的無機太陽能電池在太陽能電池應用中占據了主導地位。但是無機半導體材料本身有其不足之處，比如加工工藝非常復雜、材料要求苛刻、不易進行大面積柔性加工、某些材料具有毒性等，這些缺點制約了無機太陽電池的進一步發展。與無機半導體材料相比，基于有機半導體材料的有機太陽能電池，不僅具有與無機太陽能電池相同的最高理論光電轉換效率，而且還具有質量輕、可濕法成膜、能加工成特種形狀、易制成柔性器件、甚至可以實現全柔性化等顯著優勢，目前己經成為國內外研究的熱點之一，也是解決能源危機的希望所在。

有機太陽能電池一般采用反型結構，從下到上依次為：襯底、ITO透明導電陰極、電子傳輸層、活性層、空穴傳輸層和金屬陽極。在研究有機太陽能電池光電效率的眾多實驗中，電子傳輸層多采用溶膠凝膠ZnO薄膜。目前，在太陽能電池中采用旋涂工藝制備溶膠凝膠ZnO薄膜作為電子傳輸層時，通常采用的溶劑為乙二醇甲醚(C3H8O2)，再通過熱退火來形成電子傳輸層薄膜。采用以上傳統方法制備成的ZnO電子傳輸層存在一些缺陷：ZnO前驅體溶液的溶膠穩定性與溶液陳化時間密切相關，傳統工藝過程中的溶膠穩定性較差；同時，傳統工藝成膜的ZnO顆粒之間的間隙較大，分散不均，容易形成表面缺陷，從而導致載流子的傳輸與分離受阻，器件擁有較高的載流子復合幾率和較大的界面接觸電阻，這些都大大減低了器件捕獲太陽光、傳輸光生載流子的能力，抑制了整個器件的性能。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種基于ZnO電子傳輸層改性的有機太陽能電池及其制備方法，以解決上述傳統工藝成膜的ZnO顆粒之間的間隙較大，分散不均，容易形成表面缺陷的問題。

本發明采用的技術方案如下：

一種基于ZnO電子傳輸層改性的有機太陽能電池，所述有機太陽能電池采用反型結構，從下至上依次為：襯底、透明導電陰極ITO、ZnO電子傳輸層、光活性層、空穴傳輸層和金屬陽極層，所述ZnO電子傳輸層的制備方法為，在室溫條件下配制改性后的ZnO前驅體溶液，將改性后的ZnO前驅體溶液涂覆在所述透明導電陰極ITO表面相形成薄膜，并將所形成的薄膜進行烘烤，得到所述ZnO電子傳輸層，所述改性后的ZnO前驅體溶液的配制方法為，在乙二醇甲醚中加入醋酸鋅和乙醇胺溶解得到ZnO前驅體溶液，隨后摻雜金屬鹽和聚合物，充分溶解并混合均勻后得到改性后的ZnO前驅體溶液。