[发明专利]一种基于喷涂三氧化钼阳极缓冲阵列的有机太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于喷涂三氧化钼阳极缓冲阵列的有机太阳能电池，该太阳能电池采用反型结构，包括从下往上依次设置的衬底层、ITO透明导电阴极层、阴极缓冲层、光活性层、阳极缓冲层、金属阳极层；阳极缓冲层为掺有透明质酸的钼酸铵水溶液喷涂在光活性层上并退火生成的三氧化钼阵列薄膜；该三氧化钼阵列薄膜中，透明质酸和钼酸铵的质量分数分别为：钼酸铵0.2‑1wt％；透明质酸0‑0.5wt％。本发明还公开了该电池的制备方法；本发明通过在三氧化钼的前驱体钼酸铵水溶液中掺入透明质酸，在光活性层上形成透明质酸层，其引入的悬挂化学键可使三氧化钼层与活性层形成良好的欧姆接触，从而提高了电池的性能。

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池，属于新能源太阳能电池领域；具体涉及一种基于喷涂三氧化钼阳极缓冲阵列的有机太阳能电池；同时，本发明还公开了该有机太阳能电池的制备方法。

背景技术

随着世界经济快速发展发展，能源消耗加剧、环境严重污染，传统化石能源随着人们的不断开发已经趋于枯竭。并且，化石类能源的使用可造成严重的环境污染。太阳能作为一种可再生绿色能源，每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，若把地球表面0.1％的太阳能转为电能，转变率5％，每年发电量就可达5.6×1012千瓦/小时。要想将太阳转化为电能就需要太阳能电池。根据太阳能电池光活性层材料的性质的不同，可以将光活性层材料分为无机半导体材料和有机半导体材料。无机半导体材料由于发展起步早，研究比较广泛，基于无机半导体材料的无机太阳能电池在太阳能电池应用中占据了主导地位。但是无机半导体材料本身有其不足之处，比如加工工艺非常复杂、材料要求苛刻、不易进行大面积柔性加工等，这些缺点制约了无机太阳电池的进一步发展。与无机半导体材料相比，基于有机半导体材料的有机太阳能电池，不仅具有与无机太阳能电池相同的最高理论光电转换效率,而且还具有质量轻、可湿法成膜、能加工成特种形状、易制成柔性器件、甚至可以实现全塑料化等显著优势，目前己经成为国内外研究的热点之一，也是解决能源危机的希望所在。但与无机太阳能电池已经大规模生产相比，有机太阳能电池由于适应大面积器件的制备工艺也较为欠缺。其商用化还尚需时日。选择适应大面积生产的制备方法并优化其工艺是制备大面积器件的必要方法。当前，喷涂为普遍应用的大规模制备工艺，良好的喷涂工艺使成膜更为平整、均匀。此外，在有机太阳能电池的反型结构中，以三氧化钼作为阳极缓冲层应用十分广泛，但大多都以真空蒸镀的方法制备，采用喷涂方法制备三氧化钼能使得有机太阳能电池的制备工艺更适用于柔性大面积器件。

但是，在反型器件中采用喷涂制备三氧化钼作为阳极缓冲层时，三氧化钼更易于形成阵列状，由于喷涂三氧化钼前驱体溶液，容易产生较为严重的咖啡环效应。其表面张力较大，使得三氧化钼阵列的界面较为粗糙，使得器件拥有较大的界面接触电阻与较高的载流子复合几率，这都将严重制约器件的性能。此外，在喷涂过程中由于改变溶剂组分导致溶剂粘度变化，难以控制溶液雾化程度，使得器件重复性较差。环境中存在的水蒸气也严重的影响了有机器件的稳定性。因此，研究如何优化和修饰无机金属化合物阳极缓冲层，是提高有机太阳能电池光电转换效率、提高器件稳定性的有效途径，也是目前有机太阳能电池领域研究的重点及难点之一。

发明内容

基于以上技术问题，本发明提供了一种基于喷涂三氧化钼阳极缓冲阵列的有机太阳能电池，从而解决了以往有机太阳能电池中阳极缓冲层界面较为粗糙、与活性层接触不好，从而导致载流子的传输与分离受阻，使得电池拥有较大的界面接触电阻与较高的载流子复合几率，并且在电池制备当中喷涂雾化不均匀导致良品率低的技术问题。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种基于喷涂三氧化钼阳极缓冲阵列的有机太阳能电池，该太阳能电池采用反型结构，包括从下往上依次设置的衬底层、ITO透明导电阴极层、阴极缓冲层、光活性层、阳极缓冲层、金属阳极层；

其中，

阳极缓冲层为掺有透明质酸的钼酸铵水溶液喷涂在光活性层上并退火生成的三氧化钼阵列薄膜；该三氧化钼阵列薄膜中，透明质酸和钼酸铵的质量分数分别为：