[发明专利]基于双层结构阴极界面层的聚合物太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种基于双层结构阴极界面层的聚合物太阳电池及其制备方法。

背景技术

近年来，有机/聚合物太阳电池由于具有制备工艺简单、质轻、造价低廉、可制备大面积柔性器件等优点而受到广泛关注。聚合物太阳电池，具有一种新型而有潜力的器件结构，其采用电子给体材料(如共轭聚合物、共轭小分子)和电子受体材料(如富勒烯衍生物、非富勒烯小分子或聚合物)组成的微相分离型混合物作为光活性层(Science 1995,270,1789；Acc.Chem.Res.2009,42,1709；Adv.Mater.2016,28,7821)。在聚合物太阳电池的常规结构中，通常将ITO和PEDOT:PSS分别作为阳极和阳极缓冲层，真空沉积的金属作为阴极。最近，采用ITO作为阴极和高功函金属作为阳极的倒装器件结构被有效地用于制备高效聚合物太阳电池，并且此结构被证明具有更优越的稳定性(Sol.Energy Mater.Sol.Cells 2010,95,1785；Energy Environ.Sci.2015,8,3442)。其中，采用合适的界面材料作为阴极界面层用于聚合物太阳电池，是一项非常重要的工程,对器件性能影响极大。目前，在以ITO为阴极的倒装聚合物太阳电池中，常用的阴极界面层材料主要有：1.无机盐，如Cs₂CO₃,CsF(Appl.Phys.Lett.2006,88,253503；Appl.Phys.Lett.2011,98,053303)，其成膜性能不好；2.金属氧化物，如TiO_x,ZnO(Appl.Phys.Lett.2006,89,233517；J.Phys.Chem.C 2010,114,6849)，其制备加工中常要用高温处理(超过200℃)，这与柔性衬底不兼容；3.表面活性剂，如PEO(Sol.Energy Mater.Sol.Cells 2010,94,497)，器件性能表现一般。

发明内容

基于上述背景，本发明提供一种具有双层结构阴极界面层的聚合物太阳电池，以及该电池的制备方法。本发明相对于现有的聚合物太阳电池，具有高开路电压、高短路电流和高填充因子，以及更高的光电转换效率，并且采用简单的涂覆成膜方式制备阴极界面层，不需要高温处理，制备过程简单且容易控制，适于柔性器件和大规模工业化生产。

本发明提供的聚合物太阳电池方案，采用了双层结构的阴极界面层；所述阴极界面层是由阴极界面层1和阴极界面层2叠加组成。所述阴极界面层1的材料为水溶性聚合物，所述水溶性聚合物分子式具有如下结构：

其中：

Z^-为卤素离子，x＝0-0.5，y＝0.5-1，x+y＝1，m＝1-6，n＝100-100000。所述阴极界面层2的材料为醇溶性聚合物，所述醇溶性聚合物为分子式侧链带有极性基团、主链单元含芴或咔唑的共轭聚合物。

本发明中的双层结构阴极界面层适用于倒装结构或常规结构的聚合物太阳电池，构成双层结构阴极界面层的阴极界面层1和阴极界面层2，其相互位置可以互换。

本发明还提供了所述聚合物太阳电池的制备方法，所述方法包括：

(1)制备具有前述分子式结构的水溶性聚合物：

(2)制备分子式侧链带有极性基团、主链单元含芴或咔唑的醇溶性聚合物；

(3)对于倒装结构的聚合物太阳电池，参照现有工艺，将所述水溶性聚合物旋涂于ITO阴极上形成阴极界面层1，将所述醇溶性聚合物旋涂于阴极界面层1上形成阴极界面层2，在阴极界面层2上制出光活性层，在光活性层上制出阳极界面层和阳极。或者，将所述醇溶性聚合物旋涂于ITO阴极上形成阴极界面层2，将所述水溶性聚合物旋涂于阴极界面层2上形成阴极界面层1，在阴极界面层1上制出光活性层，在光活性层上制出阳极界面层和阳极。

(4)对于常规结构的聚合物太阳电池，参照现有工艺，使用ITO作为阳极，在ITO阳极上制备PEDOT:PSS阳极缓冲层，在PEDOT:PSS阳极缓冲层上制备光活性层，之后在光活性层上依次制备阴极界面层1和阴极界面层2，随后在阴极界面层2上制备阴极。或者，使用ITO作为阳极，在ITO阳极上制备PEDOT:PSS阳极缓冲层，在PEDOT:PSS阳极缓冲层上制备光活性层，之后在光活性层上依次制备阴极界面层2和阴极界面层1，随后在阴极界面层1上制备阴极。

附图说明