[发明专利]一种基于旋转退火工艺的有机太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于旋转退火工艺的有机太阳能电池及其制备方法，属于有机聚合物光伏器件或有机半导体薄膜太阳能电池领域。所述一种基于旋转退火工艺的有机太阳能电池包括基板，导电电极层，电子传输层，活性层，空穴传输层，金属电极层。使用旋转退火工艺，活性层因为表面应力的作用下实现了更好的结晶，减少电子和空穴因缺陷而造成的复合。活性层的材料因旋转的机械效应进一步分离，实现更高的相分离，同时给体和受体的域接触面积增加，增加激子的分离成自由的电子和空穴的效率，进而提升了器件的能量转换效率。本方案提出了一种新的活性层退火处理工艺，对制备高性能的有机太阳能电指明了方向，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于有机聚合物光伏器件或有机半导体薄膜太阳能电池领域，具体涉及一种基于旋转退火工艺的有机太阳能电池及其制备方法。

背景技术

可再生能源太阳能一直受到广泛关注，因为太阳能本身具有无害，洁净，取之不尽、用之不竭等特点。研究太阳能光伏发电解决能源危机成为可再生能源领域研究的重点与热点。有机太阳能电池由于具有成本低，可弯曲等特点，在众多资源节约，环境保护，能源利用，家居日用等方面具有广泛的应用。为了满足实际应用的要求，有机太阳能电池应该具有较高的光电转换效率和长时间的使用寿命以实现较为较高效率的能源使用。但由于有机太阳能电池光活性在纳米尺度上难以实现了较好的结晶，呈现有序的微观结构，容易产生缺陷造成电子和空穴的复合。电子给体和受体的相分离较难实现，从而导致了光活性层的光吸收较弱，空穴在光活性层的载流子迁移率较低，域接触面积较小，从而限制了有机太阳电荷分离效率，降低了器件的能量转换效率。与大规模生产的无机太阳能电池的相比，有机太阳能电池由于其光电转换效率还相对较低，其商业化还尚需时日。如何提升有机太阳能电池的能量转换效率，成为了当前研究的热点。

因此寻找一种简单有效的改变有机太阳能电池薄膜形貌，提高薄膜的结晶度，增加给体和受体的有效相分离，增大接触域面积，减少薄膜的表面缺陷的工艺手段是重中之重。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种基于旋转退火工艺的有机太阳能电池及其制备方法。与传统太阳有机太阳能电池相比，使用旋转退火工艺的器件的活性层通过旋转的表面应力可以改变器件的薄膜形貌，在纳米尺度上实现了更好的结晶，活性层更加平滑，并形成了更加有效的给体和受体之间的相分离，增大了给体和受体之间的域接触面积，增加了激子的分离成自由的电子和空穴效果，以及更好的载流子迁移率，从而提高了器件的能量转换效率。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于旋转退火工艺的有机太阳能电池，包括自下而上依次设置的基板、导电电极层、电子传输层、活性层、空穴传输层、金属电极层。

优选地，所述基板包括但不限于塑料基板、不锈钢基板、超薄玻璃基板、纸质基板、生物复合薄膜基板。

优选地，所述导电电极层的原料组成为氧化铟锡(ITO)、金、银、铝、铜、银纳米线、钙和导电高分子薄膜中电极、银纳米线和导电高分子薄膜中的任意一种，且其厚度为2～30nm。

优选地，所述电子传输层中掺杂P型半导体纳米粒子，所述电子传输层原料组成为PEIE，PC₆₁BM、TiO2、ZnO、MoOx、NiOx、TiO2,SnOx,PEDOT:PSS,PFN,PEIE和PANIO中的任意一种。

优选地，所述活性层为有机给受体材料体异质结PBDB-T:ITIC、PM6:Y6、PBDB-T:IT4F、PBTTT:PCBM，P3HT:PCBM，C60:CuPc，所述活性层的厚度为100nm-200nm。

优选地，所述空穴传输层中掺杂N型半导体，掺杂包括但不局限于砷、磷、锑、Ta₂O₅、银、镁的纳米颗粒，所述空穴传输层原料组成为MnO₃、PEDOT:PSS、CuSCN、CuI和NiOm(m＝2或4)、TiO₂、SnOx任意一种。