[发明专利]一种MXene掺杂PEDOT:PSS为阳极修饰层材料的有机太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种MXene掺杂PEDOT:PSS为阳极修饰层材料的有机太阳能电池及其制备方法。所述有机太阳能电池器件包括依次层叠设置的阳极基底、阳极修饰层、活性层、阴极修饰层以及阴极层。所述阳极修饰层材料由MXene与PEDOT:PSS掺杂而成，且MXene掺杂质量百分比为2~6.5%。本发明采用在PEDOT:PSS中掺杂高电导率、高透光性以及与ITO相匹配功函数的MXene为阳极修饰层来制备有机太阳能电池器件；首先，MXene具有较高的电导率，可以有效的提升有机太阳能电池的电荷传输效率；其次MXene可有效调控功函数，降低阳极与活性层之间的界面能力，最终提高有机太阳能电池的光电转换效率。

技术领域

本发明属于有机太阳能电池技术领域，特别涉及一种MXene掺杂PEDOT:PSS为阳极修饰层材料的有机太阳能电池及其制备方法。

背景技术

有机太阳能电池具有无毒、柔性、低成本、易加工等优势而受到广泛关注。有机太阳能电池由阳极基底、阳极修饰层、活性层、阴极修饰层以及阴极层组成。其中，阳极修饰层可有效调控阳极功函数，降低阳极与活性层之间的界面能力，最终提高有机太阳能电池的光电转换效率。

有机太阳能电池工作原理为：首先光透过ITO进入光敏活性层，光敏活性层吸收光子而产生激子；激子在给体与受体内部传输，并在两者界面处分离，空穴转移到给体的HOMO能级上，电子转移到受体上的LUMO能级，电子和空穴分别被阴极与阳极收集，形成光生电流和光生电压。

目前有机太阳能电池面临的主要问题是器件效率偏低，因此，提高能量转换效率是其能否商业化和与传统无机光伏电池竞争的关键。

PEDOT：PSS薄膜具有很多的优点，其在可见光区具有很高的透光率，好的机械延展性，热稳定性及良好的成膜性。然而PEDOT：PSS具有强酸性(pH＝1)和吸湿性而造成器件性能极不稳定。围绕PEDOT：PSS薄膜的掺杂改性，充分利用其它材料的优势来弥补PEDOT：PSS薄膜的缺陷来提升器件性能成为目前研究热点。Kim将极性甲醇、丙酮和DMF掺入PEDOT：PSS溶液中提高薄膜的导电性，获得了优异的能量转换效率(Synthetic Met2005,149,169-174)；Zhiqiang Zhao将CuBr₂掺杂到PEDOT：PSS溶液中提高薄膜的导电性及薄膜功函数，并将其作为阳极修饰层应用于聚合物太阳能电池，显著提高了能量转换效率(ACSAppl.Mater.Inter.2015,7,1439-1448)。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种能显著提升光电转换效率的种MXene掺杂PEDOT:PSS为阳极修饰层材料的有机太阳能电池及其制备方法。

一种MXene掺杂PEDOT:PSS为阳极修饰层材料的有机太阳能电池，包括依次层叠设置的阳极基底、阳极修饰层、活性层、阴极修饰层以及阴极层；所述阳极修饰层由MXene与PEDOT:PSS掺杂而成。且所述阳极修饰层中MXene掺杂质量百分比为2～6.5％。

阳极基底选自铟锡氧化物玻璃(ITO)；所述活性层材料为P3HT：PCBM，且活性层厚度为35-45nm。

所述阴极修饰层材料为Ca或PFNBr，所述阴极层材料为Al或Ag；所述阴极修饰层厚度为5-15nm；所述阴极层厚度为80-120nm。

优选的，阳极修饰层的厚度为40nm，活性层的厚度为200nm，阴极修饰层的厚度为10nm，阴极层厚度为100nm。

所述MXene的片大小为50-150nm，所述阳极修饰层的厚度为35-45nm。MXene为风琴状二维材料，器件对传输层结构敏感，如缺陷、粗糙度过大均会严重降低性能，此处MXene片太大，在阳极基底铺展不均匀会造成缺陷，优选MXene的片大小为50-150nm。

本发明的另一个目的在于提供一种MXene掺杂PEDOT:PSS为阳极修饰层的有机太阳能电池的制备方法，其包括如下步骤：