[发明专利]一种用于倒结构聚合物太阳电池的AZO/PVP阴极复合缓冲层及其应用

说明书

技术领域

本发明属于新能源中的太阳能电池技术领域，具体涉及一种用于倒结构聚合物太阳电池的AZO/PVP阴极复合缓冲层及其应用。

背景技术

近年来，采用电子传输层材料替换了有机传统结构电池中PEDOT:PSS材料，并使用Au、Ag等高功函数金属作为阳极，倒结构聚合物太阳电池(Invertedpolymersolarcells,IPSCs)的性能得到明显提升[参见S.Liao,H.Jhuo,P.Yeh,Y.Cheng,Y.Li,Y.Lee,S.Sharma,S.Chen,SingleJunctionInvertedPolymerSolarCellReachingPowerConversionEfficiency10.31%byEmployingDual-DopedZincOxideNano-FilmasCathodeInterlayer,ScientificReports,doi:10.1038/srep06813]。在IPSC中，Al-dopedZnO(AZO)由于具有高电子迁移率和可见光波段的高透过特性，而且价格低廉，制备方法多种多样，在有机太阳电池中作为阴极缓冲层。特别是溶胶凝胶方法，无需昂贵的真空设备，能够实现低成本、大面积成膜，并且制备工艺简单，溶液组分易调整，过程易控制，被认为具备大面积商业化潜能。[参见X.Yu,X.Yu,J.Zhang,Z.Hu,G.Zhao,Y.Zhao,Effectivelighttrappingenhancednear-UV/bluelightabsorptionininvertedpolymersolarcellsviasol–geltexturedAl-dopedZnObufferlayer,Sol.EnergyMater.Sol.Cells121(2014)28–34；M.H.Chen,Y.C.Kuo,H.H.Lin,Y.Chao,M.Wong,Highlystableinvertedorganicphotovoltaicsusingaluminum-dopedzincoxideaselectrontransportlayers.J.PowerSources,275(2015)274-278]。然而，由于较低温度下采用溶胶凝胶方法制备的ZnO(AZO)薄膜表面会产生大量不完整配位键[参见T.Stubhan,M.Salinas,A.Ebel,F.C.Krebs,A.Hirsch,M.Halik,C.J.Brabec,Increasingthe?llfactorofinvertedP3HT:PCBMsolarcellsthroughsurfacemodi?cationofAl-dopedZnOviaphosphonicacid-anchoredC60SAMs,Adv.EnergyMater.2(2012)532–535]以及羟基缺陷[M.Chen,X.Wang,Y.H.Yu,Z.LPei,X.DBai,C.Sun,R.FHuang,L.SWen.X-rayphotoelectronspectroscopyandaugerelectronspectroscopystudiesofAl-dopedZnOfilms.AppliedSurfaceScience,158(2000)134-140;J.Wang,Z.Wang,B.Huang,Y.Ma,Y.Liu,X.Qin,X.Zhang,Y.Dai,OxygenVacancyInducedBand-GapNarrowingandEnhancedVisibleLightPhotocatalyticActivityofZnO,ACSAppl.Mater.Interfaces,4(2012)4024?4030],再加上有机活性层材料与无机材料AZO缓冲层之间表面能不同，导致二者之间接触质量较差。优异的互穿网络和表面形貌将有利于激子的产生和分离，而接触界面质量直接决定了电荷的传输和抽取的效果。在倒结构电池中，无机材料（AZO）缓冲层与有机活性层之间差的接触，导致电池的表面接触电阻增加，电池填充因子下降；电池内建电势降低，体电阻增加，电池开路电压下降，这样使得电池器件整体性能的提升受到很大程度的限制。因此，提高倒结构有机聚合物电池性能迫切需要性能优良的阴极缓冲层，不仅能够与活性层之间形成欧姆接触，而且制备工艺方便快捷，价格低廉，能与roll-to-roll大面积制备方法相兼容。

发明内容

本发明针对有机倒结构太阳电池中阴极缓冲层AZO存在问题，提供一种用于倒结构聚合物太阳电池的AZO/PVP阴极复合缓冲层。