[发明专利]缓冲层墨水及其制备方法

说明书

本公开涉及一种用于制作柔性有机光伏薄膜器件缓冲层的墨水及其制备方法以及应用和缓冲层，用于制作柔性有机光伏薄膜器件缓冲层的墨水包含环氧树脂胶、纳米氧化锌和有机溶剂；本公开提供的缓冲层具有电子传输特性，所用墨水的溶剂不会破坏光伏器件中的活性层，薄膜自身能够交联，后喷涂的墨水不会渗透，即使上层加热也不会溶解掉缓冲层。

技术领域

本公开涉有机光伏器件技术领域，具体地，涉及一种用于制作柔性有机光伏薄膜器件缓冲层的墨水及其制备方法与应用，以及用所述墨水通过所述制备方法制备的缓冲层。

背景技术

与无机太阳能电池相比，有机光伏(Organic Photovoltaic，OPV)器件具有成本低、厚度薄、质量轻、制造工艺简单、可做成大面积柔性器件等优点，具有广阔的发展和应用前景，已成为当今新材料和新能源领域最富活力和生机的研究前沿之一。

就制备工艺而言，目前工业上应用较多的无机光伏器件的制备工艺多采用真空蒸镀法，真空蒸镀法对设备、工艺有较苛刻的要求，且蒸镀对基材的耐热性与粘结性有要求，蒸镀过程中同一时间段内只能蒸镀单一组分。而有机光伏器件在制备过程中，有机材料可以溶于适当的溶剂，溶液可以实现低温下进行涂布等操作，这种方式与传统的蒸镀方法相比，具有快速、节能、材料利用率高等优点，因此，通过溶液法进行包括丝网印刷、喷墨沉积、刮涂法等方式来实施有机光伏器件的连续化大规模生产是当前主要的改进方向之一。

溶液法制备多层器件面临的一个主要问题就是，功能材料成膜后依然可以溶解于实施下一层膜的制备过程中的溶剂中，从而导致相邻膜之间的互相渗透，这样就无法实现多层器件的制备或者制备出的多层器件性能变得很差。交联法(cross linking)是目前解决这一问题的常见途径之一。交联是指薄膜表面或者整体在一定条件下发生交联，形成网状高分子材料的过程，当薄膜发生交联之后，便不再溶于与其正交的溶剂，从而解决多层膜之间的相互渗透问题。

有机光伏器件一般具有多层结构，至少包括两个电极和夹在两个电极之间的有机半导体层，有机半导体层是活性层，将光能转化为电能。为了降低电极与活性层之间的能级差，提高电子和空穴在活性层与电极之间的传输效率，同时减少电子与空穴的复合几率，提高光生电流，从而提高电池的转化效能，在有机光伏器件结构中，通常在电极与活性层之间加入缓冲层。目前，有机光伏器件中活性层和缓冲层材料以高分子材料为主，或可以采用有机小分子，或掺杂有无机材料的高分子材料。

可交联的缓冲层材料包括交联剂和电荷传输材料。虽然理论上能够溶于常用溶剂并且实现交联作用的物质都可以作为缓冲层交联剂，但是现实中用溶液方法制备的薄膜大多选用金属氧化物和硫化物这类材料，在应用中受限于电荷传输性能要求，无法实现制备后续溶液(墨水)电极，此外，这类溶液在使用过程中往往需要有高温处理过程，甚至还伴随有毒产物。而另一类目前被广泛研究的聚合物材料往往不具有较好的交联特性，无法阻挡住溶液(墨水)电极的渗透，效果甚微。

因此，寻找合适的电荷传输材料和交联剂的组合是制备可交联缓冲层的关键。近年来，有报道称，华南理工大学材料工程学院在溶液法制备OLED元件的过程中，采用PFNR2和ELC2500型环氧树脂混合制备可交联缓冲层，相对于不可交联的缓冲层，具有明显较好的效果。然而，这种缓冲层虽然可交联，但是阻挡效果有限，依然会有少量的溶剂渗透，对整个元件的性能产生影响，并且这种缓冲层的制备需要进行紫外处理，这种处理除了增加成本外，还会对电气元件的电气性能产生不确定的影响。

因此，在当今的溶液法制备电气元件过程中，急需一种交联性能好，阻挡效果好，后处理简单的新型缓冲层溶液，对于喷墨打印制备电气元件工艺而言，该溶液还需满足打印机墨水的粘度要求。

发明内容