[发明专利]吸附法制备的聚乙烯吡咯烷酮阴极界面层及其应用

说明书

本发明公开了一种吸附法制备的聚乙烯吡咯烷酮阴极界面层及其应用。该方法包括：将覆有透明导电电极的基底浸入聚乙烯吡咯烷酮溶液中，再取出，吹干而得。本发明通过将覆有透明阴极的基底浸入PVP溶液中，利用PVP分子与阴极分子之间的相互作用力，得到均匀连续的薄层PVP阴极界面层，而且不会在活性层中引入陷阱。使用该方法制备的PVP阴极界面层的OSC，具有与使用传统方法制备PVP阴极界面层的OSC相当的光伏效率。本发明提供了一种可以采用吸附法制备PVP阴极界面层的方法，该法不受PVP耐厚能力或者打印技术的限制，适用于大面积印刷工艺。

技术领域

本发明属于有机太阳能电池领域，具体涉及一种吸附法制备的聚乙烯吡咯烷酮阴极界面层及其应用。

背景技术

有机太阳能电池(OSC)是一种将太阳能转化为电能的、具有层状纳米结构的装置。它主要由基底、阴极、阴极界面层、活性层、阳极界面层和阳极组成。一般，活性层由有机给体分子和有机受体分子组成，它是太阳能转化为电能的主要场所。近年来，基于非富勒烯受体材料以及相应的给体材料的发展，OSC的能量转换效率(PCE)达到了13％以上，这极大地促进了OSC的产业化进程。

与传统的无机太阳能电池相比，OSC具有可使用打印技术进行大面积卷对卷印刷的优势，这使得它的制备成本较低。但是，目前还无法在保证器件效率基本不变的情况下实现OSC的打印制备，这主要是因为印刷得到的薄膜的厚度不可避免的具有多分散性，而OSC器件中各层结构都有一定的厚度限制，比如活性层的使用厚度一般在100～300nm，界面层的使用厚度一般不超过40nm，甚至低于10nm。

为了实现OSC的印刷制备，需要克服上述提到的打印技术与OSC各层膜厚之间的矛盾。对界面层来说，主要有两种方法可以缓解这一问题。一是提高界面层材料本身的导电性，以提升其膜厚的使用上限。比如，对ZnO进行n掺杂后，其使用厚度可以达到100nm，而n掺杂的MoO₃的使用厚度可以提高到150nm。二是使用一步法同时制备界面层和活性层。该法是将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某一表面聚集，同时形成界面层和活性层两层结构。对该技术，膜厚主要受活性层材料限制，这使得对膜厚敏感的界面层材料的使用成为可能。但是，这两种方法都有一定的局限性。比如，掺杂后的界面层材料会吸收长波方向的光，从而降低进入活性层的光通量，最终影响器件的光电转化能力。而在一步法制备界面层和活性层的技术中，界面层材料会残存在活性层中形成陷阱，影响OSC的性能。

由上可知，开发新的器件制备工艺，对OSC的产业化具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种吸附法制备的聚乙烯吡咯烷酮阴极界面层及其应用。

本发明提供的制备阴极界面层的方法，包括：

将覆有透明导电电极的基底浸入聚乙烯吡咯烷酮溶液中，再取出，吹干而得。

上述方法为吸附法，其原理是利用PVP分子与基底上阴极分子之间的相互作用力，使其自发吸附到阴极上，进而得到均匀连续的薄层PVP，并用作阴极界面层来制备有机太阳能电池(OSC)。

上述方法中，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量为200～9,000,000；具体为3500-1,300,000或360,000；分子量分布指数为1～50。

所述聚乙烯吡咯烷酮溶液的浓度为0.001mg/mL-20g/mL；具体为0.05mg/mL；

所述聚乙烯吡咯烷酮溶液中，溶剂选自N,N-二甲基亚砜、水、甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、乙酸乙酯、醋酸丁酯、丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、苯、氯苯、二氯苯、三氯苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、苯甲醚、甲基苯甲醚、二苯醚、氯萘、二碘辛烷、二硫辛烷、二碘己烷、氯仿、二氯甲烷、四氯甲烷、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙腈、茴香醛、水杨醛、γ-丁内酯和甲氧基乙二醇中至少一种。