[发明专利]一种有机太阳能电池用电子传输层的改性方法

说明书

本发明涉及一种有机太阳能电池用电子传输层的改性方法，是在以常规溶胶‑凝胶法制备n‑型半导体材料的反应体系中加入吡啶类衍生物改性剂，原位制备n‑型半导体前驱体溶液，将所述n‑型半导体前驱体溶液旋涂成膜，经100～400℃退火处理，得到改性n‑型半导体材料类电子传输层。以该改性n‑型半导体材料类电子传输层制备有机太阳能电池，能够促进电子在太阳能电池中的传输和萃取，提高有机太阳能电池对太阳光子的利用率，进而提高有机太阳能电池的光电转换效率。

技术领域

本发明涉及一种有机太阳能电池用电子传输层的改性方法，以本发明方法改性的电子传输层制备有机太阳能电池，能够显著提高有机太阳能电池的光电转换效率。

背景技术

太阳能电池技术的发展，是解决环境污染和能源危机的重要技术手段。有机太阳能电池由于成本低、重量轻、可制备大面积柔性器件等潜在优势，引起研究者的广泛关注。

近年来，由于新的活性层材料、界面工程以及器件结构设计的不断发展，有机太阳能电池的效率不断提高，光电转换效率已达到14%。在有机太阳能电池中，界面修饰层的存在使得电极与活性层之间具有良好的欧姆接触，提高了器件的内建电场，抑制了电荷载流子的复合等，从而有效提高了有机太阳能电池的光电转换效率。

正式太阳能电池通常使用酸性PEDOT:PSS作为空穴传输层。这种材料不仅容易吸收水分，而且会腐蚀电极，使得器件的效率下降并且稳定性差。

为了提高太阳能电池的稳定性和光电转换效率，研究者们提出了反式器件结构。在反式器件结构中，金属氧化物n-型半导体材料（例如氧化锌、氧化铯、二氧化钛、五氧化二铌、氧化铬、三氧化二铝、氧化锡等）一般被用作电子传输层，并以高功函数金属（如金）作为金属电极。因为金属氧化物与具有高功函数的金属在空气中具有高的稳定性，所以反式器件结构可以显著提高太阳能电池的稳定性。

金属氧化物n-型半导体材料具有良好的导电性，价格低廉，容易获取，同时属于环境友好型材料。金属氧化物n-型半导体的制备包括气相沉积法、电化学法、磁控溅射法、溶胶-凝胶法等。与其它制备方法相比，溶胶-凝胶法具有成本低廉、制备工艺简便、适合大面积制备等优点。然而，溶胶-凝胶法制备的电子传输层容易产生大量缺陷态，这些缺陷态会成为电荷复合的潜在位点，对电子传输能力造成不利影响，影响太阳能电池的性能。

另外，这些金属氧化物n-型半导体材料电子传输层都表现出一定程度的亲水性，导致其与活性层中的有机材料间相容性降低，使得电子传输层与活性层之间的接触性下降，导致太阳能电池产生较大的接触电阻，进而影响太阳能电池的电荷萃取过程，对太阳能电池的性能造成不利影响。

为了解决溶胶-凝胶法制备金属氧化物n-型半导体材料电子传输层存在的这些问题，提高太阳能电池的光电转换效率，研究者们提出了将n-型半导体材料与有机物相结合的双层结构电子传输层（n-型半导体/有机物）。双层结构电子传输层能有效改善接触、钝化表面缺陷、调节功函数等，从而获得高效的有机太阳能电池。

但是，该双层结构电子传输层所实现的作用类似于吡啶类化合物在染料敏化太阳电池电解质中起到的作用，只能钝化电子传输层的表面缺陷，无法对电子传输层内部缺陷产生影响。此外，双层结构电子传输层还势必会引入新的界面接触，使太阳能电池的制备工艺变得更加复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种有机太阳能电池用电子传输层的改性方法，通过对现有溶胶-凝胶法制备n-型半导体材料进行改性，实现电子传输层的缺陷态原位钝化，提升电子传输层性能，改善电子传输层与光吸收层之间的界面接触，最终提高太阳能电池的性能。

本发明所述的有机太阳能电池用电子传输层的改性方法是针对n-型半导体材料进行的，在以常规溶胶-凝胶法制备n-型半导体材料的反应体系中加入吡啶类衍生物改性剂，原位制备n-型半导体前驱体溶液，将所述n-型半导体前驱体溶液旋涂成膜，经100～400℃退火处理，得到改性n-型半导体材料类电子传输层。