[发明专利]高分子金属配合物涂布液与有机光伏元件

说明书

一种高分子金属配合物涂布液与有机光伏元件。该高分子金属配合物涂布液包含金属氧化物的前驱物、高分子化合物、界面活性剂及溶剂。其中，该高分子化合具有能与该金属氧化物的前驱物螯合的官能基，且该高分子化合物与该金属氧化物的前驱物的重量比值范围为0.1～3。本发明高分子金属配合物涂布液稳定性佳并于涂布后不需再经高温处理制程便能转化成金属氧化物。此外，本发明高分子金属配合物涂布液所制得的有机光伏元件会具有更佳的能量转换效率(PCE)。

技术领域

本发明是有关于一种涂布液与有机光伏元件，该有机光伏元件中的空穴传输层是由该涂布液所形成，特别是指一种高分子金属配合物涂布液与有机光伏元件，该有机光伏元件中的空穴传输层是由该高分子金属配合物涂布液所形成。

背景技术

有机光伏元件(有机太阳能电池)具有质量轻巧、成本低廉、可挠曲性及可溶液加工等优势，元件结构易简化和快速的制程工艺，展现出其重要的应用潜力，获得学术界与产业界极大的关注。

现有的有机光伏元件结构是以基板/氧化铟锡/电子传输层/光活性层/空穴传输层/银为主。电子传输层及空穴传输层通常采用金属氧化物作为材料。例如电子传输层会使用制程需于高温下进行的氧化锌，而空穴传输层则使用制程为真空蒸镀的三氧化钼。然而，高温制程与真空蒸镀制程均会大幅提高成本，且不利于卷对卷大量生产。因此，解决方案即是所有材料的制程均能采用湿式涂布法。

目前产业界通常以聚合物PEDOT:PSS作为空穴传输材料，以进行湿式涂布。不过，PEDOT:PSS的能阶易造成电子于电极界面的再结合淬熄，常使元件有漏电的情形发生，导致开路电压和填充因子损失，进而影响有机光伏元件的能量转换效率(power conversionefficiency,PCE)。此外，也会使用金属氧化物进行湿式涂布来制作空穴传输层。常用的金属氧化物如三氧化钨、三氧化钼、五氧化二钒等。若以金属氧化物作为空穴传输层材料时，会比PEDOT:PSS具有更高的开路电压(open voltage,VOC)，进而能提升元件的能量转换效率(PCE)。例如US2016276610A1公开先利用双氧水溶解钼金属后干燥形成三氧化钼后，使三氧化钼悬浮于甲醇中，再应用于湿式涂布制程。而CN105977386A则公开将三氧化钼微粒分散于甲醇溶剂中，再以涂布制程制作空穴传输层。然而，前述金属氧化物的悬浮液会有稳定性不佳的问题。前述金属氧化物的悬浮液中的奈米微粒容易聚积沉淀，使用前需重新搅拌悬浮或进行过滤，以避免颗粒阻塞涂布设备，造成所制得的膜面不均匀。

将烷氧金属化合物或金属螯合物溶于溶剂中，经涂布后，再干燥形成金属氧化物薄膜，则可避免前述金属氧化物微粒容易聚积沉淀的问题。烷氧金属化合物(如六异丙醇钨、五异丙醇钼、三异丙醇氧钒等)通常是通过溶于不含水的有机溶剂中来制成涂布液。其机制是涂布液于涂布后，经水解与缩合反应固化成膜。因此，由烷氧金属化合物制作的涂布液会受操作环境的温度与湿度影响且也容易随时间而慢慢凝胶化，因而不利于长时间连续操作，所以成膜品质不易控制。相对于烷氧金属氧化物，金属螯合物(如钨酸化合物、钼酸化合物、钒酸化合物等)的溶液稳定性较佳，亦可溶于水中。然而，金属螯合物结构与制程简易性息息相关。例如正钼酸铵的螯合结构中仅包含一个三氧化钼；仲钼酸胺的螯合结构中包含七个三氧化钼；磷钼酸的螯合结构则包含十二个三氧化钼。根据不同的分子结构，需经过高温处理后，才能转化成金属氧化物。如CN108417736A公开以磷钼酸溶于乙腈形成稳定涂布液。前述涂布液于涂布后，再经高温处理形成三氧化钼。然而，此高温处理制程不利于其它涂层材料，限制了元件的制程方式，甚至无法应用于制备可挠曲的软性基板。

因此，如何找到一种能解决前述所列各种缺点的涂布液，成为目前致力研究的目标。

发明内容