[发明专利]一种复合透明电极及包含此电极的有机太阳能电池

说明书

技术领域

本发明属于有机光伏器件领域，具体涉及一种超薄铝膜修饰的AZO复合透明电极及由该透明电极制备的反式结构有机太阳能电池。

背景技术

氧化铟锡（ITO）是目前广泛采用的有机太阳能电池透明电极材料。但是随着市场需求的不断扩大，铟的全球供应短缺，人们在不断地寻求可以取代ITO作为透明电极的材料，例如碳纳米管、石墨烯、金属氧化物等。ZnO掺杂第三主族元素（Al，Ga）已经被研究用作低成本的透明导电氧化物。ZnO是一种宽帯隙（3.3eV）的n型半导体材料，可通过激光脉冲沉积、化学气相沉积、喷雾热解法和磁控溅射等方法制备。ZnO掺杂Al（AZO）具有较高的电导率，近红外及可见光区域透过率较高，因此在有机太阳能电池中表现出很好的应用前景。

传统结构的有机太阳能电池包含一个空穴收集的透明底电极和一个电子收集的顶电极。底电极通常由聚3,4-乙撑氧噻吩：聚（对苯乙烯磺酸）根阴离子（PEDOT:PSS）薄膜修饰。由于PEDOT:PSS其本身具有较强的酸性，会腐蚀导电氧化物表面，使其表面粗糙度增加，导致串联电阻增大，器件效率降低。此外，传统结构器件采用低功函的金属作为顶电极，极其容易氧化，降低了器件的稳定性。反式结构器件的出现解决了以上的问题。反式结构器件的关键在于要建立一个低功函的能促进电子收集的底电极。通常采用的方法是对底电极进行修饰，使其成为收集电子的阴极。目前，改善电子收集的阴极修饰方法主要是在透明导电衬底上沉积半导体金属氧化物，如ZnO，TiOx。在一些文献报道中，也有人采用超薄的绝缘层（如Cs₂CO₃，PEO）和共轭聚电解质来修饰ITO以降低其功函。然而，阴极的修饰会使器件制备工艺复杂化，增加了器件的制备成本，不利于实现产业化。进一步降低器件制备成本，简化制备工艺，提高器件的稳定性，是有机光伏器件产业化的关键。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种超薄铝膜修饰的AZO复合透明电极，其不仅采用AZO取代成本较高的ITO电极，同时超薄铝膜修饰工艺简单，成本低。

为实现以上发明目的，本发明采用以下技术方案：

在一个实施例中，提出了一种制备超薄铝膜修饰的AZO复合透明电极的方法，包括以下步骤：

（1）将AZO透明导电玻璃依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，氮气吹干后置于电热鼓风干燥箱中烘干；

（2）将所述AZO玻璃放入真空镀膜机中，以纯度大于9.9999%的铝丝作为蒸发源，对腔体抽真空，当真空度达到2×10-4Pa以下时，以0.3A/s的速率蒸镀超薄铝膜；

其中，铝膜的厚度通过膜厚监控仪监控，调节铝膜的厚度以改变AZO复合透明电极的功函数，使其和有机材料能级匹配。

在另一实施例中，提出了一种由上述方法制备的超薄铝膜修饰的AZO复合透明电极，所述复合透明电极由玻璃基底、AZO导电薄膜和超薄铝膜组成。

在又一实施例中，提出了一种制备包含超薄铝膜修饰的AZO复合透明电极的有机太阳能电池器件的方法，包括以下步骤：

（1）将活性层材料溶于1毫升邻二氯苯溶剂中，在磁力搅拌器上60℃搅拌充分，使其完全溶解，使用前以0.22微米的过滤膜过滤；

（2）按照上述方法在AZO透明导电玻璃上沉积预定厚度的超薄铝膜，之后直接旋涂活性层，采用匀胶机以600转/分钟的转速旋转30s，之后放入培养皿中溶剂退火直至活性层薄膜变干，用表面轮廓仪测定活性层膜厚；

（3）将旋涂有活性层的基片放置在加热台上，150℃加热退火十分钟，使给体受体材料形成有效的相分离；

（4）在真空镀膜机中依次蒸镀MoO₃和Al电极，厚度分别为25nm和100nm，最终制备出器件结构为AZO/超薄铝膜/活性层/MoO₃/Al的太阳能电池器件。

与现有技术相比，本发明的技术效果体现在：

（1）本发明所采用的AZO透明电极可市场购买，也可实验室制备，来源广泛。

（2）本发明所提出的超薄铝膜修饰方法工艺简单，可在AZO沉积之后立即制备，无需任何表面处理，容易实现卷对卷连续生产，同时以此电极制备反式结构器件，避免了采用复杂的电极修饰层，简化了器件制备工艺。

（3）本发明中的AZO复合透明电极可通过调节超薄铝膜的厚度来改变其功函数，从而使其和有机材料能级匹配，更好地促进电子的传输和收集。