[发明专利]一种MXene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阳极基底、阳极修饰层、活性层、阴极修饰层以及阴极层。本发明采用高电导率、高透光性以及与ITO相匹配功函数的MXene为阳极修饰层材料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，最终表现出比相应PEDOT：PSS器件更高的光电转换效率。

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。

聚3,4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT：PSS)是目前常用的阳极修饰层材料，但是PEDOT：PSS具有强酸性(pH＝1)和吸湿性而造成器件性能极不稳定，没有封装时放在空气中其能量转换效率在7天内会迅速衰减为零。目前，许多研究报道新的阳极修饰层材料以取代PEDOT：PSS，如V₂O₅，MoO₃等金属氧化物(J.APPl.Phys.2011,110,033710；Adv.Funct.Mater.2012,22,2594-2605)，然而金属氧化物大部分需要在高真空下热沉积，这极大增加了电池的制作难度和生产成本。

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有机太阳能电池。

一种MXene为阳极修饰层材料的有机太阳能电池，包括依次叠层设置的阳极基底、阳极修饰层、活性层、阴极修饰层以及阴极层；所述阳极修饰层为二维MXene。

阳极基底选自铟锡氧化物玻璃(ITO)。所述活性层为P3HT：PCBM，且活性层厚度为150-250nm。

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。

所述MXene的片大小为50-150nm，所述阳极修饰层的厚度为5-20nm。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。

优选的，阳极修饰层的厚度为5nm，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。

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

步骤一、清洗阳极基底，并对所述阳极基底的阳极层表面进行表面处理；

步骤二、在经过步骤一表面处理过的所述阳极层表面依次旋涂阳极修饰层、活性层；所述阳极修饰层为二维MXene；

步骤三、在步骤二所述的活性层表面依次蒸镀阴极修饰层以及阴极层。

经过上述工艺步骤，制得所述MXene为阳极修饰层材料的有机太阳能电池。