[发明专利]一种Ti3

说明书

本发明公开了一种Ti₃C₂T_x掺杂ZnO为阴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阴极基底、阴极修饰层、光敏活性层、阳极修饰层以及阳极。所述阴极修饰层材料由Ti₃C₂T_x与ZnO掺杂而成，且Ti₃C₂T_x掺杂质量百分比为1～7％。本发明采用在ZnO中掺杂高电导率、高透光性以及与ITO相匹配功函数的少量二维Ti₃C₂T_x为阴极修饰层来制备有机太阳能电池器件；首先，Ti₃C₂T_x具有较高的电导率，可以加快有机太阳能电池的电荷传输效率；其次Ti₃C₂T_x可有效调控ZnO界面形貌，降低界面电荷复合，最终提升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Ti₃C₂T_x掺杂ZnO为阴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重量轻、转换效率高、低成本、可大面积柔性制备等特点而备受关注。有机太阳能电池由阴极基底、阴极修饰层、光敏活性层、阳极修饰层以及阳极层组成。其中，阴极修饰层材料对器件中载流子的收集和电池稳定性起到决定性作用。

有机太阳能电池工作原理为：首先太阳光透过ITO基底进入光敏活性层，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，电子转移到受体的LUMO能级，空穴转移到给体的HOMO能级上，电子和空穴分别被阴极与阳极收集。

目前有机太阳能电池面临的主要问题是器件的光电转换效率低，因此，提升效率是其能否商业化和与传统无机光伏电池竞争的关键。

ZnO传输层具有很多的优点，其在可见光区具有很高的透光率，高的电子迁移率，低功函数。然而 ZnO表面存在很多缺陷容易引起载流子的复合。围绕ZnO薄膜的掺杂改性，充分利用其它材料的优势来弥补ZnO薄膜的缺陷从而提升器件性能成为目前研究热点。Yi-Jiun Huang将二维二硫化钼MoS₂加入ZnO 前驱体溶液中通过优化薄膜的形貌和调控能级，获得了优异的效率(ACS Appl.Mater.Interfaces 2018,10,20196-20204)；Hsiu-ChengChen将PEI掺杂到ZnO前驱体溶液中有效钝化了ZnO表面缺陷，并将其作为阴极修饰层应用于聚合物太阳能电池，显著提升了光电转换效率(ACS Appl.Mater.Interfaces 2015,7,6273-6281)。然而，由于聚合物薄膜导电性差，对厚度变化敏感，造成器件性能受到限制，MoS₂的电导率和迁移率均较低，性能提升不明显，因此亟需开发其他更加优异的材料进一步改善ZnO器件性能。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种Ti₃C₂T_x掺杂ZnO为阴极修饰层材料的有机太阳能电池及其制备方法，Ti₃C₂T_x掺杂ZnO为阴极修饰层材料能够显著提升光电转换效率。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种Ti₃C₂T_x掺杂ZnO为阴极修饰层材料的有机太阳能电池，包括阴极基底、阴极修饰层、光敏活性层、阳极修饰层以及阳极层；所述阴极修饰层由Ti₃C₂T_x与ZnO掺杂而成，且所述阴极修饰层中Ti₃C₂T_x掺杂质量百分比为1～7％。