[发明专利]一种给体材料晶体取向排列的准有序异质结有机太阳能电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机太阳能电池制备领域，具体涉及一种给体材料晶体取向排列的准有序异质结有机太阳能电池的制备方法。

背景技术

有机太阳能电池是可将太阳能直接转化成电能的装置，可采用溶液印刷方式在柔性基底上大面积高效加工，是便携电源和清洁能源的理想实现方式。为实现有机太阳能电池的大规模生产，需要大面积均一有源层薄膜的高效溶液方式制备技术。目前采用的有机太阳能电池溶液制备技术主要包括流延涂膜、喷墨打印和丝网印刷。其中流延涂膜（slot die）的加工方法具有原料利用率高、薄膜制备面积大和厚度均匀性好等优点，是有机太阳能电池初期产业化加工和未来大规模生产中的首选加工技术。

为了提高有机太阳能电池的性能，需要控制有源层形貌，以提高激子分离及载流子传输和收集的效率。研究表明，聚合物和富勒烯共混的有机太阳能电池中，由于聚合物非晶区载流子传输势垒大，限制了薄膜空穴迁移率，并导致载流子传输不平衡和空间限制电荷出现，降低了器件性能。目前理论研究显示，增加聚合物晶体间链接分子数目及降低链接分子弯曲程度，可有效提高聚合物的载流子迁移率。聚合物晶体取向排列时，有利于增加晶体间链接分子数目，降低链接分子扭曲程度，利于降低非晶区载流子传输势垒，提高薄膜空穴迁移率并改善有机太阳能电池。然而利用目前的流延涂膜加工手段，获取的有机太阳能电池有源层中聚合物晶体呈杂乱排列，不利于空穴迁移率和有机太阳能电池性能的提高。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的制备有机太阳能电池的方法得到的有机太阳能电池有源层中聚合物晶体呈杂乱排列的问题，而提供一种给体材料晶体取向排列的准有序异质结有机太阳能电池的制备方法。

为达到上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供一种给体材料晶体取向排列的准有序异质结有机太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

（1）溶液配制

将氯仿、甲苯和四氢萘混合，形成混合溶剂，然后将电子给体材料和电子受体材料加入混合溶剂中溶解，形成混合溶液，所述的电子给体材料是聚3-己基噻吩（简称P3HT），电子受体材料是2ALPHA-苯基-1,2(2ALPHA)-高[5,6]富勒烯-C60-LH-2ALPHA-丁酸甲酯（简称PC61BM）；

（2）薄膜制备

将步骤（1）得到的混合溶液通过溶液定向沉积装置沉积到设置有空穴注入层和透明导电层的基底表面，基底的相对移动速率为50-100微米/秒，基底温度为20-35℃，溶液干燥后得到共混物薄膜；

（3）器件制备

将步骤（2）中制得的共混物薄膜蒸镀阴极层，得到给体材料晶体取向排列的准有序异质结有机太阳能电池。

优选的是，所述的步骤（1）混合溶剂中，氯仿体积百分比为50.0～62.5%，甲苯体积百分比为20.0～35.0%，四氢萘体积百分比为12.5～25.0%。

优选的是，所述的步骤（1）中电子给体材料与电子受体材料的质量比为0.8～1.5:1.0。

优选的是，所述的步骤（1）混合溶液中电子给体材料和电子受体材料的总质量体积浓度为10毫克/毫升～30毫克/毫升。

优选的是，所述的步骤（1）混合溶液是在50-70℃加热搅拌下，然后在15℃-20℃下静置陈化1-10小时后得到的。

优选的是，所述的步骤（2）中空穴注入层为聚乙撑二氧噻吩（简称PEDOT）。

优选的是，所述的阴极层为金属钙或金属铝。

本发明的有益效果

本发明提供一种给体材料晶体取向排列的准有序异质结有机太阳能电池的制备方法，该方法将氯仿、甲苯和四氢萘混合，形成混合溶剂，然后将电子给体材料和电子受体材料加入混合溶剂中溶解，形成混合溶液，所述的电子给体材料是P3HT，电子受体材料是PC61BM；然后将得到的混合溶液通过溶液定向沉积装置沉积到设置有空穴注入层和透明导电层的基底表面，溶液干燥后得到共混物薄膜；最后将制得的共混物薄膜蒸镀阴极层，得到给体材料晶体取向排列的准有序异质结有机太阳能电池。与现有技术相对比，本发明的方法可直接在成膜过程中通过剪切及溶液定向挥发形成晶体取向排列，增加了晶体间链接程度，改善了载流子传输并提高了有机太阳能电池的器件性能；同时该方法具有加工工艺简单、控制参数少且易于调控和重现等特点，能够满足有机太阳能电池大规模加工的需要。实验结果表明：共混物薄膜二向色性为1.21～1.61，证明薄膜中的分子发生了取向，得到给体材料晶体取向排列的准有序异质结有机太阳能电池能量转换效率为3.26%。

附图说明