[发明专利]同时形成阴极界面层和活性层的方法及其在反向非富勒烯有机太阳能电池中的应用

说明书

本发明提出了同时形成阴极界面层和活性层的方法。所述方法包括：利用混合液在含阴极的基底上制备成膜，以便同时形成阴极界面层和活性层，其中，所述阴极界面层形成于所述阴极表面，所述活性层形成于所述阴极界面层表面，所述混合液包括：聚乙烯吡咯烷酮；以及活性层溶液。由此，含有利用本发明的方法所得到的阴极界面层和活性层的反向非富勒烯有机太阳能电池具有较好的光伏性能，例如能量转换效率高，且该方法操作简便，适于规模化生产。

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域。具体地，本发明涉及同时形成阴极界面层和活性层的方法及其在反向非富勒烯有机太阳能电池中的应用。

背景技术

反向有机太阳能电池(OSC)依次由基底、阴极、阴极界面层、活性层、阳极界面层和阳极组成。阴极界面层的使用可以有效地提高器件的光伏性能。传统的反向OSCs制备工艺需要分别制备阴极界面层和活性层，包含两次成膜过程，操作复杂。而且，当使用大面积印刷技术制备时，由于印刷得到的薄膜厚度不可避免的具有多分散性，这使得电子传输性能对膜厚比较敏感的阴极界面层材料的实际应用受到一定限制。为了克服这些缺陷，可以使用一步法制备阴极界面层和活性层。该法是将阴极界面层材料直接加入到活性层中，使其在成膜过程中自发向膜的下表面聚集，最终得到阴极界面层和活性层双层结构。一般情况下，界面层材料的表面能越大、溶解性越差、与底层材料的分子间相互作用力越强，则越容易在膜的下表面富集。

一步法制备界面层和活性层的技术已经成功应用于富勒烯OSCs领域。比如聚乙二醇，它可以作为阴极界面层材料直接加入到活性层中，在成膜的过程中，聚乙二醇自发聚集到膜的上表面，最终得到活性层和聚乙二醇阴极界面层双层结构，使用该法可以制备正向富勒烯OSCs。然而，一步法制备界面层和活性层的技术，在非富勒烯OSCs领域还未有研究。这主要是因为非富勒烯受体材料与富勒烯受体材料的分子结构相差较大，使得基于这两类材料的OSCs在薄膜形貌、激子解离、载流子传输等方面表现出较大的差异。比如，大部分可应用于反向富勒烯OSCs的阴极界面层材料，在反向非富勒烯OSCs中的性能一般。

鉴于非富勒烯OSCs在光电转换方面的绝对优势，开发适用于该体系的可一步法制备界面层和活性层的工艺，具有极大的实际应用价值。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中存在的技术问题至少之一。

为此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种同时形成阴极界面层和活性层的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：利用混合液在含阴极的基底上制备成膜，以便同时形成阴极界面层和活性层，其中，所述阴极界面层形成于所述阴极表面，所述活性层形成于所述阴极界面层表面，所述混合液包括：聚乙烯吡咯烷酮；以及活性层溶液。由于聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的表面能较活性层材料的大，故在利用含有PVP和活性层溶液的混合液制备成膜的过程中，PVP会趋于向膜的下表面富集，最终自发形成阴极界面层和活性层双层结构。由此，含有利用本发明的方法所得到的阴极界面层和活性层的反向非富勒烯有机太阳能电池具有较好的光伏性能，例如能量转换效率高，且该方法操作简便，适于规模化生产。

根据本发明的实施例，所述同时形成阴极界面层和活性层的方法还可以具有下列附加技术特征：

根据本发明的实施例，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量为200～9000000。根据本发明的优选实施例，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量为1000～5000000。由此，使得含有所形成的阴极界面层和活性层的反向非富勒烯有机太阳能电池进一步具有较好的光伏性能。

根据本发明的实施例，基于所述活性层溶液中溶质的总质量，所述聚乙烯吡咯烷酮含量为0.001～50质量％。根据本发明的优选实施例，基于所述活性层溶液中溶质的总质量，所述聚乙烯吡咯烷酮含量为0.01～10质量％。由此，使得含有所形成的阴极界面层和活性层的反向非富勒烯有机太阳能电池进一步具有较好的光伏性能。