[发明专利]一种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池，有机太阳能电池采用反型结构，活性层由底体异质结活性层和顶体异质结活性层组成，且底体异质结活性层和顶体异质结活性层形成连续相互渗透的垂直梯度分布相态。制备出四元高效厚膜有机太阳能电池器件，在有效提高有机太阳能电池器件光吸收能力的情况下，同时解决有机太阳能电池光活性层内垂直相分离不佳，从而导致光生载流子的分离、传输效率低的问题，进一步地使用不同体系双体异质结结构能够有效的与阴/阳极缓冲层形成欧姆接触，有效解决了有机太阳能电池界面接触电阻较大与载流子复合几率较高，最终降低器件性能的问题。

技术领域

本发明涉及有机聚合物光伏器件或新能源太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着世界经济的飞速发展和科学技术的日益更新，人类对能源的需求与日俱增，然而传统化石能源的过度使用造成的化石能源储量骤减及环境污染这两大类问题也随之出现，因此，开发利用新型清洁能源被认为是新世纪的一个重点项目。在此背景下，太阳能作为一种可再生绿色能源，以其取之不尽，用之不竭、分布广泛、完全绿色无污染等特点受到了科研人员的广泛关注。而太阳能电池作为一种能够直接将太阳光能直接转换为电能的太阳能开发和利用手段，逐渐成为前沿热门研究领域。根据太阳能电池光活性层材料的不同，可以将太阳能电池简单的分为无机和有机半导体材料太阳能电池。无机半导体材料太阳能电池由于发展起步早，研究比较广泛，且已进行商业化电池的相关应用。然而该类型电池器件制备工艺复杂，制造成本高昂和会造成环境污染等因素限制了自身的进一步发展。反之，基于有机半导体材料制备的有机太阳能电池，不仅具有与无机太阳能电池相同的最高理论光电转换效率，还具备工艺简单，材料来源广泛，可基于柔性衬底制备，可大面积生产，绿色无污染，质量轻，成本低等一系列的优点，使其成为解决能源危机的希望所在。

在过去的10多年中，针对单结活性层有机太阳能电池器件光谱吸收范围窄，光电转换效率不够的问题，研究人员提出了使用如三元混合、四元混合、厚膜制备及叠层器件制备等不同策略，这些研究有效的将有机太阳能电池器件的性能从最初的小于2.5％提升至目前最高性能17.3％。

但相较而言，目前这些改进方式各有优缺点，如多元混合模式能够有效的拓宽光谱吸收，但是混合多种材料于单一薄膜中，各部分的工作机理功效解释研究并不充足；厚膜器件制备同样能够提高光生电流，但该体系由于膜厚及有机材料聚集特性的影响，有机分子易在活性层内聚集，形成大尺度纯相态，进而阻碍光生电荷在活性层内部的激子分离；而叠层器件作为目前广受研究人员关注的高性能有机太阳能电池制备工艺，其制备成本较高且工序多制备复杂，因此不利于有机太阳能电池的商业化生产。因此，研究如何用简单的制备工艺实现多元混合厚膜高效有机太阳能电池的制备成为了当下研究的重点。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池及其制备方法，制备四元高效厚膜有机太阳能电池器件，在有效提高有机太阳能电池器件光吸收能力的情况下，同时解决有机太阳能电池光活性层内垂直相分离不佳，从而导致光生载流子的分离、传输效率低的问题，同时使用不同体系双体异质结结构能够有效的与阴/阳极缓冲层形成欧姆接触，有效解决了有机太阳能电池界面接触电阻较大与载流子复合几率较高，最终降低器件性能的问题。

本发明采用的技术方案如下：一种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池，所述的有机太阳能电池采用反型结构，包括活性层，所述的活性层由底体异质结活性层和顶体异质结活性层组成，且所述底体异质结活性层和顶体异质结活性层形成连续相互渗透的垂直梯度分布相态。

有机太阳能电池采用反型结构，从下到上依次为衬底，透明导电阴极ITO，ZnO阴极缓冲层，光活性层，MoO₃阳极缓冲层，金属阳极；所述连续刮涂工艺为首先在ZnO阴极缓冲层上刮涂底层体异质结溶液制备底体异质结活性层，经过适当的加热退火后，在恒温加热的底体异质结活性层上刮涂顶体异质结溶液制备顶体异质结活性层。