[发明专利]一种基于二甲基丙烯酸酯单体的有机太阳能电池结构及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于二甲基丙烯酸酯单体的有机太阳能电池结构及其制备方法，由下自上依次包括透明导电衬底、电子传输层、有机活性层、空穴传输层、金属电极；有机活性层包括P3HT:PCBM、二甲基丙烯酸酯单体，在有机活性层中添加二甲基丙烯酸酯单体，经紫外处理形成不溶的绝缘网络骨架，解决了有机活性层形貌不稳定问题，使得有机活性层有良好的热稳定性。并且改善了薄膜的机械性能，为柔性印刷提供了技术帮助。

技术领域

本发明涉及一种基于二甲基丙烯酸酯单体的有机太阳能电池结构及其制备方法，属于有机太阳能电池器件制备技术领域。

背景技术

有机电子学领域经历了巨大的发展，在过去的20年中，有机发光二极管的发展成功驱动了柔性显示器和固态照明技术的商业化应用，并且影响力逐步波及到其他应用领域，如有机生物电子学，传感器，医疗成像，特别是有机太阳能电池研究领域。随着本体异质结有机太阳能电池的发明，加工工艺技术的优化发展，如卷对卷，丝网印刷，喷墨打印等，使得制约有机太阳能电池的商业化发展的几个关键问题更加突出。其中实现其商业化三个技术因素为：能量转换效率、器件的稳定性和成本。最近，有机太阳能电池的能量转换效率已经超过14％，基本满足商业化的需求。

然而，器件的长期稳定性却不能保证，人们普遍认为，活性层形貌不稳定性是导致器件衰减最重要原因之一，其中，最初优化好的微观形貌处于热力学的亚稳态，在实际工作环境中的太阳辐射或生产加工步骤中所存在热应力和机械弯折的影响下，将导致优化好的形貌随之恶化，从而使得器件失活。需要注意的是，高质量的封装技术可以用来克服氧气和水的影响。此外，通过往封装层引入紫外线阻隔材料也可以减缓活性层的光漂白。然而，高温和机械弯折导致的活性层形貌变化是不可逆过程，是不能通过外界手段如封装技术去有效地克服。

为了解决热稳定性问题，科学家们通过合成侧链带有可交联基团的给体和受体材料，这些基团可以通过紫外光或热处理进行激活，从而冻结住优化的形貌。然而，这些方法大多是靠牺牲部分光电转换效率，并依赖于精细的多步化学合成和昂贵的试剂来实现，过高的成本限制了它的商业应用。在给体材料或者受体材料上引入交联基团固然能提升光伏器件的热稳定性，但是需要重新设计合成路线，合成难度大大增加

现有技术中，一种方法是，通过使用可交联侧链基团去功能化给体或者受体，确实能够一定程度上改善器件形貌的稳定性，但是，该方法需要精确的重新设计材料和规划合成路线，并且应用只能局限于一种或者几种材料。势必会提高工业化成本，降低方法的普适性。另外一种方法是，往活性层中引入0.1％-2％的具有交联剂成分的引发剂，但是该方法会在实际操作过程中引入一些缺陷态，因为引发剂的化学反应是分解反应，其作用机理在于分解出的自由基去促进给体材料或者受体材料进行化学聚合，从而提高稳定性，这样会导致材料的电子提取能力变弱，导致填充因子变低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于二甲基丙烯酸酯单体的有机太阳能电池结构，在提高器件光电转换效率的基础上，进一步改善有机太阳能电池热稳定性和机械性能。

本发明还提供了上述有机太阳能电池结构的制备方法；

术语解释：

1、P3HT，中文名是聚(3-己基噻吩-2,5-二基),是一种3-己基噻吩的聚合物，主要用于有机薄膜晶体管和有机太阳能电池。

2、PCBM，是一个富勒烯衍生物，分子式是[6,6]-phenyl-C61-butyric acidmethyl ester，主要作为有机太阳能电池受体材料。

3、PEDOT:PSS，是一种高分子聚合物的水溶液，导电率很高，根据不同的配方，可以得到导电率不同的水溶液。由PEDOT和PSS两种物质构成。PEDOT是EDOT(3，4-乙烯二氧噻吩单体)的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸盐。

本发明的技术方案为：