[发明专利]一种双阳极缓冲层体异质结有机太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机光伏器件技术领域，具体涉及一种双阳极缓冲层的体异质 结有机太阳能电池及其制备方法。

背景技术

现如今，传统能源日渐枯竭，环境污染日益严重，人类面临着能源危机与 环境污染的双重考验。因此，寻找低能耗、低污染、低排放的绿色能源，如太 阳能、风能、水能、地热能、潮汐能等成为发展低碳经济的需要。其中太阳能 以其可再生、清洁、储量丰富等特点，成为解决能源与环境问题的研究重点与 热点。

太阳能电池是将太阳辐射的光能转换成电能的装置，是利用太阳能最重要 的方式之一。目前，传统无机太阳能电池如硅、砷化镓太阳能电池等，虽然已 投入市场，但其昂贵的成本、对无机半导体的要求高等缺点限制了它的进一步 发展。有机太阳能电池是近二十年发展起来的新型太阳能电池，因其具有材料 来源广泛、成本低、制备工艺简单、可制成大面积柔性器件等优点，相比于传 统太阳能电池更具有优势和发展空间，得到了越来越多的重视。目前报道的有 机太阳能电池的能量转换效率已达到10％以上，然而这个数字远没有达到可以 大规模生产的要求。因此，如何通过优化器件结构，完善制备工艺等方法来提 高有机太阳能电池的能量转换效率，成为研究有机太阳能电池的重点。

决定有机太阳能电池器件性能的重要因素有很多，其中之一就是有机活性 层中有效的电荷传输，这取决于活性层与阳极之间良好的界面性能。因此研究 者们在活性层与阳极之间引入了一层界面层，也就是阳极缓冲层。目前常用的 阳极缓冲层有PEDOT:PSS和高功函数的金属氧化物如MoO₃。然而， PEDOT:PSS的酸性和吸湿性降低了器件的整体性能。另外，虽然MoO₃能够有 效的传输空穴，但它不能够有效地阻挡活性层到阳极的电子传输，因此器件具 有较高的载流子复合。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种双阳极缓冲层体异质结有机太阳能电 池及其制备方法。该太阳能电池引入了双阳极缓冲层，很好的修饰了活性层与 阳极ITO之间的界面，降低了活性层与阳极之间的势垒。另外双阳极缓冲层有 利于激子的分离和载流子的传输，减少了载流子复合的几率，因此能够有效的 提高器件的能量转换效率。

为了解决上述技术问题，本发明的双阳极缓冲层体异质结有机太阳能电池 采用正型结构，自下而上依次为：透明衬底、透明导电阳极、阳极缓冲层、有 机活性层、阴极缓冲层、金属阴极；其特征在于所述阳极缓冲层为PTFE阳极 缓冲层和MoO₃阳极缓冲层构成的双阳极缓冲层；PTFE阳极缓冲层制备于透明 导电阳极上；MoO₃阳极缓冲层制备于PTFE阳极缓冲层与有机活性层之间； PTFE阳极缓冲层厚度为0.3～2nm，MoO₃阳极缓冲层厚度为4～10nm。

所述PTFE阳极缓冲层厚度优选1.5nm。

所述的透明衬底为透明玻璃或者透明柔性聚合物，透明柔性聚合物为聚乙 烯、聚对苯二甲酸乙二脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚 酰亚胺或聚丙烯酸中的一种，或由其中两种以上材料混合制成，或由其中两种 以上材料按顺序一层层制备而成。

所述透明导电阳极，其材料为氧化铟锡(ITO)，沉积于透明衬底上；

所述透明导电阳极厚度为150nm，方块电阻为15Ω/□。

所述的有机活性层是由电子给体材料PCDTBT和电子受体材料PC₇₁BM按 1:4的质量比配置的混合物，或者是由电子给体材料P3HT和电子受体材料 PC₆₁BM按1:1的质量比配置的混合物。

所述的阴极缓冲层，其材料为Alq3、LiF、卟啉小分子、Bphen或BCP中 的一种，或由其中两种以上材料按顺序一层层制备而成，厚度为1～10nm。

所述的金属阴极，其材料为Al、Ca、Ag或Au中的一种，或由其中两种 以上材料按顺序一层层制备而成，厚度为100nm～200nm。

本发明的双阳极缓冲层体异质结有机太阳能电池的制备方法，包括以下步 骤：

①依次使用甲苯、丙酮、洗涤剂、去离子水、异丙醇对透明导电阳极与透 明衬底构成的基片进行超声清洗，清洗过后的基片保存在异丙醇中备用；