[發(fā)明專利]包含有機(jī)硅量子點(diǎn)材料的太陽(yáng)能電池及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010692474.2
• 申請(qǐng)日: 2020-07-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111799379A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李娜;輦理;崔夢(mèng)琪;容齊坤;水玲玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L51/42
• 分類號(hào): H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 北京金信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11225
• 代理人: 張皓

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于超小有機(jī)硅量子點(diǎn)材料做電子傳輸層的有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池及其制備方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中使用的超小有機(jī)硅量子點(diǎn)具有合成簡(jiǎn)單方便、對(duì)環(huán)境友好、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、容易調(diào)節(jié)的物理和化學(xué)性質(zhì)等獨(dú)特的特性。所以，將超小有機(jī)硅量子點(diǎn)作為陰極修飾材料應(yīng)用在有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池器件中，可以獲得低成本高性能的太陽(yáng)能電池，擴(kuò)展可以應(yīng)用的陰極修飾材料體系。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于有機(jī)/高分子光伏技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于超小有機(jī)硅量子點(diǎn)材料做電子傳輸層的有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)的快速發(fā)展環(huán)境污染問(wèn)題和能源危機(jī)加劇。因此，人們開(kāi)始重視新能源方向的研究。有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池為第三代光伏技術(shù)，因具有制造材料豐富、質(zhì)量輕、成本低、半透明且可采用溶液加工方法制備柔性大面積器件等優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注。倒置構(gòu)型聚合物太陽(yáng)電池主要采用高功函的金屬作為頂電極，穩(wěn)定的金屬氧化物作為陽(yáng)極界面層，避免了傳統(tǒng)構(gòu)型中低功函金屬電極與環(huán)境中的水蒸汽和氧氣作用以及PEDOT:PSS空穴傳輸層腐蝕ITO等缺點(diǎn)，可提高聚合物太陽(yáng)電池的穩(wěn)定性；而且倒置器件中受體和給體材料垂直方向上的相分離與器件的陰、陽(yáng)極是相對(duì)應(yīng)的，有利于載流子的傳輸和收集，從而改善器件性能。目前在載流子傳輸和活性層之間存在比較重要的問(wèn)題有：1)載流子傳輸效率低；2)載流子復(fù)合率較高。解決這一問(wèn)題的方法之一就是對(duì)電子傳輸層或空穴傳輸層的材料進(jìn)行修飾。目前常用的界面層多為無(wú)機(jī)金屬氧化物，如：ZnO,SnO等，但也有諸多問(wèn)題，如與活性層之間能級(jí)的匹配度，會(huì)受太陽(yáng)光譜中紫外光的影響出現(xiàn)光誘導(dǎo)分流現(xiàn)象，且這種損耗是不可逆的，使得界面變得不穩(wěn)定，器件的效率快速下降。

另外，如中國(guó)專利CN10278946A公開(kāi)了一種有機(jī)半導(dǎo)體聚合物及含有機(jī)半導(dǎo)體聚合物的太陽(yáng)能電池，CN106103538A公開(kāi)了一種聚合物和包含該聚合物的有機(jī)太陽(yáng)能電池。但這些現(xiàn)有技術(shù)中的聚合物多含有S元素等，穩(wěn)定性不高，并且器件長(zhǎng)時(shí)間照射下性能會(huì)隨時(shí)間下降。

改善有機(jī)太陽(yáng)能電池性能的另一種方式是添加有機(jī)硅聚合物的量子點(diǎn)，例如CN106661229A公開(kāi)了用于量子點(diǎn)的有機(jī)硅配體，CN111187615A公開(kāi)了一種聚硅氧烷雜化量子點(diǎn)納米材料及其制備方法和用途。然而這些現(xiàn)有技術(shù)的材料仍然存在穩(wěn)定性不足等缺點(diǎn)。因此仍然需要開(kāi)發(fā)新型的有機(jī)硅量子點(diǎn)材料，以提高有機(jī)太陽(yáng)能電池的性能。

超小有機(jī)硅量子點(diǎn)具有合成簡(jiǎn)單方便、對(duì)環(huán)境友好、高離子電導(dǎo)率、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、容易調(diào)節(jié)的物理和化學(xué)性質(zhì)等獨(dú)特的特性。應(yīng)用可溶液加工的超小有機(jī)硅量子點(diǎn)材料作為光伏器件的電子傳輸層，可以通過(guò)調(diào)控超小有機(jī)硅量子點(diǎn)的粒徑，作為電子傳輸層調(diào)節(jié)與活性層的能帶匹配度。在保證載流子的高傳輸效率和低復(fù)合率的同時(shí)，紫外光的照射下不存在明顯的光誘導(dǎo)分流現(xiàn)象，保證了器件長(zhǎng)時(shí)間照射下性能的穩(wěn)定高效。將超小有機(jī)硅量子點(diǎn)作為陰極界面層材料應(yīng)用在有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池器件中的研究很少，當(dāng)其作為電子傳輸層時(shí)可以獲得低成本高性能的太陽(yáng)能電池。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池，所述有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池器件結(jié)構(gòu)依次包括：襯底層(透明導(dǎo)電陰極層)、電子傳輸層、光活性層、空穴傳輸層、金屬陽(yáng)極，其特征在于，所述電子傳輸層由超小有機(jī)硅量子點(diǎn)納米材料構(gòu)成，所述電子傳輸層厚度為2-10納米。

優(yōu)選地，超小有機(jī)硅量子點(diǎn)納米材料為OSiND材料。

優(yōu)選地，所述活性層為具有電子給體材料和電子受體材料的本體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的薄膜層，厚度為80-120納米；其中電子給體材料包括聚乙烯醇類芳香聚合物、聚噻吩、聚苯并二噻吩的均聚物或者共聚物；其中電子受體材料為富勒烯及其衍生物或者非富勒烯及其衍生物。

更優(yōu)選地，所述電子給體材料為如下式1表示的PM6，并且所述受體材料為如下式2表示的Y6，

在式1中n通常大于等于10；