[发明专利]一种有机太阳能电池空穴传输层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机太阳能电池领域，尤其涉及有机太阳能电池空穴传输层。

背景技术

有机太阳能电池是当前光伏领域的研究热点之一，它是20世纪90年代发展起来的新型太阳能电池，它以有机半导体作为实现光电转换的活性材料。聚合物太阳能电池独特的“柔性”特点及太阳能电池具有成本低，高弹性，厚度薄以及制作工艺简单，且环境污染小等优点，使其具有很大的应用前景，而且国际学术界和产业界将太阳能电池作为新一代光伏技术大力投入研发。传统正向聚合物太阳能电池结构中，空穴传输层材料普遍选用PEDOT:PSS水分散体，通过旋涂技术将PEDOT:PSS分散体旋涂在透明电极上，但是PEDOT:PSS的酸性(酸性对一些电极如ITO及活性层具有一定的腐蚀作用)及吸水性质在很大程度上影响了电池器件效率及其寿命。因此为了获得高效，环境稳定性好的电池器件，研究者使用了锌、钒、钼、铯及钨的氧化物或碳酸盐作为电池的空穴传输层，除了可以提高器件的性能外，还能够大幅提高电池的寿命。

金属氧化物一般是通过真空蒸镀来形成一定厚度的空穴传输层，也有通过溶液旋涂法制备空穴传输层，溶液旋涂法较真空蒸镀法工艺简单，但关键问题是如何形成良好的连续的薄膜。Meyer J,Khalandovsky R, P,et al.MoO₃Films Spin‐Coated from a Nanoparticle Suspension for Efficient Hole‐Injection in Organic Electronics[J].Advanced Materials,2011,23(1):70-73，介绍了将MoO₃与聚合物分散剂Nanograde GmbH(Product No.3007)混合，通过溶液处理方法制备了MoO₃空穴传输层，经过100℃退火和氧等离子体处理除掉聚合物分散剂后得到6eV左右的功函数，但是这种纳米颗粒的MoO₃容易聚集且粗糙度较大(约25nm)。Ryan J W,Kirchartz T,Viterisi A,et al.Understanding the Effect of Donor Layer Thickness and a MoO₃Hole Transport Layer on the Open-Circuit Voltage in Squaraine/C60Bilayer Solar Cells[J].The Journal of Physical Chemistry C,2013，介绍了以MoO₃为空穴传输层的太阳能电池，通过真空蒸镀法制备了MoO₃并且获得了开路电压(Voc)为0.84V的太阳能电池，且形成的薄膜均匀，但是这种方法相比于溶液旋涂法来制备空穴传输层对实验设备要求较高，且操作时间长复杂。Girotto C,Voroshazi E,Cheyns D,et al.Solution-processed MoO₃thin films as a hole-injection layer for organic solar cells[J].ACS applied materials&interfaces,2011,3(9):3244-3247，通过MoO₃在双氧水中80℃条件下回流2h后，冷却至室温后得到清澈的黄色液体，并通过聚乙二醇调节其粘度和浓度，结果显示器件性能优越于通过真空蒸镀MoO₃所制备的器件，在活性层为P3HT:PCBM条件下的Voc＞1V，但是聚乙二醇的绝缘性会降低MoO₃薄膜的导电性同时也会发生聚集和不连续的现象。Zilberberg K,Trost S,Schmidt H,et al.Solution processed vanadium pentoxide as charge extraction layer for organic solar cells[J].Advanced Energy Materials,2011,1(3):377-381.通过溶液旋涂法成功制备了V₂O₅薄膜的空穴传输层，且不需任何的后处理，但是V2O5的能带隙较低，只有2.3eV，容易导致活性层光吸收效率降低。

发明内容

本发明克服现有技术中以过渡金属作为有机太阳能电池空穴传输层的真空蒸镀不均匀，操作复杂及导电性低的不足，提供一种有机太阳能电池空穴传输层的制备方法。