[发明专利]一种基于水醇溶性聚合物混合阴极界面层的本体异质结太阳电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于水醇溶性聚合物混合阴极界面层的本体异质结太阳电池及其制备方法。该太阳电池由入射光方向，依次包括玻璃衬底、阳极、阳极界面层、光活性层、阴极界面层和阴极；所述阴极界面层的材料为高效电子传输材料掺杂水醇溶性聚合物的混合物。本发明的太阳电池通过采用高效电子传输材料对水醇溶性聚合物界面层进行掺杂，可大幅提高阴极界面层的电荷传输性能，且不影响有机界面层能级、功函数和偶极作用，提高聚合物本体异质结太阳电池的性能。同时，本发明基于水醇溶性聚合物混合阴极界面层的本体异质结太阳电池涉及的水醇溶性聚合物界和高效电子传输材料混合界面层可以采用溶液加工技术，制备工艺简单，制作成本低。

技术领域

本发明涉及有机/聚合物(高分子)太阳电池的技术领域，具体涉及一种基于水醇溶性聚合物混合阴极界面层的本体异质结太阳电池及其制备方法。

背景技术

近年来由于聚合物太阳能电池制备工艺简单、可柔性化、成本低廉等优点吸引了众多科学研究者的关注，随着聚合物太阳能电池高效活性层材料和新型器件结构不断研发，器件的效率逐步提升，逐渐促使其向产业化方面快速发展(Günes S,Neugebauer H,Sariciftci N S 2007Chemical reviews,2007 107 1324)。

目前溶剂加工的有机阴极界面在有机光伏电池(OPV cell)中的研究越来越多。相对于无机界面材料而言，有机界面材料的主要的优点是：(1)材料结构灵活；(2)表面特性和活性层相近，；(3)可溶液加工。研究发现，水/醇溶性聚合物(PFN)作为聚合物太阳电池的阴极界面层，不仅具有很好的溶液加工性和较高的透过率，更重要的是，该类界面层还能通过形成界面偶极层，在降低电极界面接触势垒的基础上，还能通过电场耦合作用提高器件的内建电势，从而能够同时提高器件开路电压(Voc)、短路电流(Jsc)和填充因子(FF)(HuangF,Wu H,Wang D,Yang W,Cao,Y 2004Chemistry of materials,16 708-716)。这一特性使得其成为聚合物太阳电池器件阴极界面的研究热点。但是由于PFN本身载流子迁移率较低，带隙较宽，导致其形成器件界面层之后导电性对膜厚高度敏感，其最优厚度一般在5-10nm之间。这就极大地限制了其作为聚合物太阳电池界面层的应用范围，特别是在需要使用较厚薄膜的情况下，高度的膜厚敏感性会极大降低器件的性能。为了解决这个问题，研究人员从不同的角度进行了大量的研究。

目前主要通过化学改性和物理改性方法提高阴极界面层的导电性。近几年来，以PFN为原型，在化学改性上合成了一系列性能优异的阴极界面层，比如PFN-Br，PFN-OX，PFN-S，PFEN-Hg，PNDIT-F3N，PNDIT-F3N-Br，PNDIT-F8等(Zhong C,Liu S,Huang F,Wu H,Cao Y2011Chemistry of Materials,23 4870；Liu S,Zhang K,Lu J,Zhang J,Yip H L,HuangF,Cao Y 2013J Am Chem Soc,135 15326；Wu Z,Sun C,Dong S,Jiang X F,Wu S,Wu H,YipH L,Huang F,Cao Y 2016J Am Chem Soc,138 2004)。其中比较突出的是PNDIT系列由于具有较高的迁移率和导电性，界面层的厚度敏感性大幅降低。在物理改性的研究方面上，研究发现，通过PFN与ZnO共混形成的界面层(Wu N,Luo Q,Bao Z,Lin J,Li Y-Q,Ma C-Q2015Solar Energy Materials and Solar Cells,141248；Han C,Cheng Y,Chen L,QianL,Yang Z,Xue W,Zhang T,Yang Y,Cao W2016 ACS Appl Mater Interfaces,8 3301)展现出了优异的性能，ZnO:PFN复合界面表面平整光滑，具有更好的电荷抽取和空穴阻挡能力，同时提高了复合界面层的最优厚度。

因此，研究通过采用高效电子传输材料对聚合物界面层进行掺杂，得到导电性较高的本体异质结太阳电池具有重要意义。

发明内容