[发明专利]基于双层阴极缓冲层的有机薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机太阳能电池领域，具体涉及一种基于双层阴极缓冲层的有机薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

自从进入了21世纪之后，由于全球对能源的需求逐年增加，对可再生能源的有效利用成已经为亟待解决的问题。太阳能占地球总能量的99%以上，其具有取之无尽，用之无竭，没有污染的特点，世界上的能源供应基本上只能维持在微弱的供需平衡里。除开这些能源储量的问题之外，使用这些能源所带来的环境污染同样威胁到了人类的生存。CO₂等温室气体会使全球气候变暖，SO₂等粉尘会产生酸雨，都会影响到人们的健康。资源渐渐在枯竭，生态持续恶化，人们生存面临着严峻的挑战。所以，寻找出一种清洁、安全、可持续发展的新能源成为了当务之急，太阳能正式这种理想能源。无机太阳能电池的技术较为成熟，效率远高于有机太阳能电池。多晶硅太阳能电池平均转换效率达到19.15%，最高转换效率达到19.4%，但是缺点也很明显，无机半导体材料的加工工艺非常复杂、材料要求苛刻且价格贵、制造能耗大、不易进行大面积柔性加工、生产设备昂贵、某些材料具有毒性。目前，有机太阳能电池因为其低成本、轻质量、简便的制造工艺、广泛的材料来源具备潜在的商业价值及应用价值，受到了公司、研究机构、及大学的青睐。

但是尽管有机太阳能电池近年来发展迅速，光电转换效率也已经突破了12%，但其相比于无机太阳能电池，较低的光电转换效率仍然是主要的缺陷，也是防止其商业化的一大阻碍。在提高效率的方法上，通过添加各种修饰层，比如阳极修饰层和电子缓冲层来优化能级，界面，提高激子的分离和载流子的收集。

然而，单纯的添加一层电子缓冲层并不能很好的改变激子淬灭和载流子传输的问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是：如何提供一种基于双层阴极缓冲层的有机薄膜太阳能电池，提高激子的利用效率和光电流。

本发明的技术方案为：基于双层阴极缓冲层的有机薄膜太阳能电池，采用正型结构，从下到上依次为透明衬底、透明阳极电极、阳极修饰层、给体层、受体层、电子缓冲层一、电子缓冲层二和阴极电极，电子缓冲层二为PTCBI。

进一步地，本发明中，电子缓冲层一是金属有机配合物、吡啶类、邻菲咯啉类、噁二唑类或咪唑类化合物材料中的一种，其中金属有机配合物包括8-羟基喹啉铝或二（2-甲基-8-喹啉并）-4-（苯基苯酚）铝，吡啶类化合物包括三[2,4,6-三甲基-3-（吡啶-3-yl）苯基]-硼烷，邻菲咯啉类化合物包括2,9-二甲基-4，7-联苯-1,10-邻二氮杂菲（BCP）或者4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲，噁二唑电子传输材料是2-（4-二苯基）-5-（4-叔丁苯基）-1,3,4-噁二唑或1,3-二[（4-三元胺-丁基苯基）-1,3,4-重氮基酸-5-yl]苯，咪唑类电子传输材料是1,3,5-三（N-苯基-苯并咪唑-2）苯等。本发明选取2,9-二甲基-4，7-联苯-1,10-邻二氮杂菲。

进一步地，本发明中，电子缓冲层一的厚度为10nm，电子缓冲层二的厚度为1-10nm。

进一步地，本发明中，给体材料是：并五苯、5,6,11,12-四苯基并四苯、酞菁、亚酞菁、卟啉、菁、苝、聚（3-己基噻吩）、聚(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-亚苯基乙撑)、聚[[9-(1-辛基壬基)-9H-咔唑-2,7-二基]-2,5-噻吩二基-2,1,3-苯并噻二唑-4,7-二基-2,5-噻吩二基]、聚苯乙烯撑系列材料、聚噻吩系列材料或基于芳环并噻二唑基团中的两种材料的混合。

进一步地，本发明中，受体层为：富勒烯衍生物、BBL、PTPTB或含芘酰亚胺聚合物中的一种或它们的混合。优选为C₆₀，厚度为34nm。

进一步地，本发明中，所述阳极修饰层为有机导电聚合物薄膜或金属氧化物薄膜，其中有机导电聚合物薄膜为PEDOT︰PSS或PANI类有机导电聚合物薄膜，金属氧化物薄膜为氧化钼薄膜或氧化镍薄膜，优选采用MoO₃。

进一步地，本发明中，透明衬底是玻璃或者柔性基片或者金属片；透明阳极电极是金属氧化物薄膜；阴极电极是锂、镁、钙、锶、铝或铟中的一种或由它们的合金。本发明中优选采用Ag作为阴极电极。

一种基于双层阴极缓冲层的有机薄膜太阳能电池的制备方法，它包括以下步骤：

1）清洗由透明衬底及透明阳极电极ITO所组成的基板，然后用氮气吹干；

2）在ITO上制备一层阳极修饰层；

3）在阳极修饰层上制备给体层；