一种双阳极缓冲层体异质结有机太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种双阳极缓冲层体异质结有机太阳能电池，该电池采用正型结构，自下而上依次为：透明衬底、透明导电阳极、阳极缓冲层、有机活性层、阴极缓冲层、金属阴极；其中阳极缓冲层为PTFE阳极缓冲层和MoO3阳极缓冲层构成的双阳极缓冲层；PTFE阳极缓冲层制备于透明导电阳极上，其厚度为0.3～2nm；MoO3阳极缓冲层制备于PTFE阳极缓冲层与有机活性层之间，其厚度为4～10nm。本发明专利技术通过在阳极与活性层之间引入双阳极缓冲层，提高了阳极表面功函数，极好的修饰了界面能级差；在保证对空穴的传输的同时提高了对电子的阻挡能力，极大的减少了电子与空穴的复合，从而提高了太阳能电池的能量转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有机光伏器件
，具体设及一种双阳极缓冲层的体异质结有机 太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
现如今，传统能源日渐枯竭，环境污染日益严重，人类面临着能源危机与环境污染 的双重考验。因此，寻找低能耗、低污染、低排放的绿色能源，如太阳能、风能、水能、地热能、 潮软能等成为发展低碳经济的需要。其中太阳能W其可再生、清洁、储量丰富等特点，成为 解决能源与环境问题的研究重点与热点。 太阳能电池是将太阳福射的光能转换成电能的装置，是利用太阳能最重要的方式 之一。目前，传统无机太阳能电池如娃、神化嫁太阳能电池等，虽然已投入市场，但其昂贵的 成本、对无机半导体的要求高等缺点限制了它的进一步发展。有机太阳能电池是近二十年 发展起来的新型太阳能电池，因其具有材料来源广泛、成本低、制备工艺简单、可制成大面 积柔性器件等优点，相比于传统太阳能电池更具有优势和发展空间，得到了越来越多的重 视。目前报道的有机太阳能电池的能量转换效率已达到10% W上，然而运个数字远没有达 到可W大规模生产的要求。因此，如何通过优化器件结构，完善制备工艺等方法来提高有机 太阳能电池的能量转换效率，成为研究有机太阳能电池的重点。 决定有机太阳能电池器件性能的重要因素有很多，其中之一就是有机活性层中有 效的电荷传输，运取决于活性层与阳极之间良好的界面性能。因此研究者们在活性层与阳 极之间引入了一层界面层，也就是阳极缓冲层。目前常用的阳极缓冲层有PED0T:PSS和高功 函数的金属氧化物如Mo〇3。然而，P抓〇T:PSS的酸性和吸湿性降低了器件的整体性能。另外， 虽然Mo化能够有效的传输空穴，但它不能够有效地阻挡活性层到阳极的电子传输，因此器 件具有较高的载流子复合。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种双阳极缓冲层体异质结有机太阳能电池及 其制备方法。该太阳能电池引入了双阳极缓冲层，很好的修饰了活性层与阳极ITO之间的界 面，降低了活性层与阳极之间的势垒。另外双阳极缓冲层有利于激子的分离和载流子的传 输，减少了载流子复合的几率，因此能够有效的提高器件的能量转换效率。 为了解决上述技术问题，本专利技术的双阳极缓冲层体异质结有机太阳能电池采用正 型结构，自下而上依次为:透明衬底、透明导电阳极、阳极缓冲层、有机活性层、阴极缓冲层、 金属阴极;其特征在于所述阳极缓冲层为PTFE阳极缓冲层和Mo化阳极缓冲层构成的双阳极 缓冲层;PTFE阳极缓冲层制备于透明导电阳极上;Mo〇3阳极缓冲层制备于PTFE阳极缓冲层 与有机活性层之间;PTFE阳极缓冲层厚度为0.3~2nm，Mo化阳极缓冲层厚度为4~10皿。 所述PWE阳极缓冲层厚度优选1.5nm。[000引所述的透明衬底为透明玻璃或者透明柔性聚合物，透明柔性聚合物为聚乙締、聚 对苯二甲酸乙二脂、聚甲基丙締酸甲醋、聚碳酸醋、聚氨基甲酸醋、聚酷亚胺或聚丙締酸中 的一种，或由其中两种W上材料混合制成，或由其中两种W上材料按顺序一层层制备而成。 所述透明导电阳极，其材料为氧化铜锡(ITO)，沉积于透明衬底上； 所述透明导电阳极厚度为150nm，方块电阻为15 Q/0。 所述的有机活性层是由电子给体材料PCDTBT和电子受体材料PC71BM按1:4的质量 比配置的混合物，或者是由电子给体材料P3HT和电子受体材料PCsiBM按1:1的质量比配置的 混合物。 所述的阴极缓冲层，其材料为Alq3、LiF、化嘟小分子、Bphen或BCP中的一种，或由 其中两种W上材料按顺序一层层制备而成，厚度为1~lOnm。 所述的金属阴极，其材料为Al、Ca、Ag或Au中的一种，或由其中两种W上材料按顺 序一层层制备而成，厚度为IOOnm~200nm。 本专利技术的双阳极缓冲层体异质结有机太阳能电池的制备方法，包括W下步骤： ①依次使用甲苯、丙酬、洗涂剂、去离子水、异丙醇对透明导电阳极与透明衬底构 成的基片进行超声清洗，清洗过后的基片保存在异丙醇中备用； ②清洗后的基片用氮气吹干，移入干燥箱中烘干，然后用Plasma清洗机进行等离 子体处理；③将处理好的基片移入真空锻膜机里，在透明导电阳极上蒸锻PTFE阳极缓冲层， 然后在PTFE阳极缓冲层上蒸锻Mo〇3阳极缓冲层;其中PTFE的蒸发速率为0.02-0.05A/s，厚 度为0.3~2nm，Mo〇3的蒸发速率为化3-0.5A/S,厚度为4~IOnm;④将上述蒸锻了双阳极缓冲层的基片移入Plasma清洗机，进行等离子体处理；⑤在Mo〇3阳极缓冲层上制备有机棘性居 ⑥将步骤⑤获得的基片移入真空锻膜机里，依次在有机活性层上蒸锻阴极缓冲层 和金属阴极。 所述步骤⑤中采用旋涂的方法在氮气氛围中将电子给体材料PCDTBT和电子受体 材料P C 71B M按1 : 4的质量比配置的混合溶液旋涂在M O 0 3阳极缓冲层上，匀胶机转速为 150化pm/s，旋涂时间为40s;所述混合溶液的溶剂为邻二氯苯，溶液的浓度为PCDTBT: PC71BM = 8mg/ml: 32mg/ml;然后在70°C的条件下退火30min蒸发掉溶剂，得到有机活性层。 所述步骤⑤中，采用旋涂的方法在氮气氛围中将电子给体材料P3HT和电子受体材 料PCsiBM按1:1的质量比配置的混合溶液旋涂在Mo化阳极缓冲层上，匀胶机转速为70化pm/ S，旋涂时间为36s;所述混合溶液的溶剂为邻二氯苯，溶液的浓度为P3HT: PCsiBM= 17mg/ml: 17mg/ml;然后室溫退火化蒸发掉溶剂，得到有机活性层。所述⑥步骤中，在有机活性层上蒸锻Al q3阴极缓冲层，蒸发速率为 0.04~0.06A/s，Alq3厚度为Inm;在Alq3阴极缓冲层上蒸锻Al金属电极，蒸发速率约为 2 ~5A/S，A1 厚度为 100nm-200nm。 本专利技术提供了一种双阳极缓冲层的体异质结有机太阳能电池，使得有机太阳能电 池的性能，尤其是影响因子及能量转换效率都有很大程度的提高，具有制备工艺简单、成本 低、效率高等优点。 与现有的技术相比，本专利技术的优点在于： 一、本专利技术提供的双阳极缓冲层体异质结有机太阳能电池，WPTFE和Mo化组合成 双阳极缓冲层，提高了阳极表面功函数，极好的修饰了阳极ITO与活性层之间的界面能级 差，保证了良好的界面性能。 二、本专利技术提供的双阳极缓冲层体异质结有机太阳能电池，WPTFE和Mo化组合成 双阳极缓冲层，相对于单层阳极缓冲层Mo化，提高了对电子的阻挡能力，极大的降低了电子 与空穴的复合几率，从而提高了太阳能电池的能量转换效率。 ;、本专利技术提供的双阳极缓冲层体异质结有机太阳能电池，WPTFE和Mo化组合成 双阳极缓冲层，相比于传统的阳极缓冲层PED0T:PSS，PTFE的化学性质和物理性质都很稳 定，具有耐湿性，且不会侵蚀阳极IT0,因此器件具有更好的稳定性。 四、本专利技术提供的双阳极缓冲层体异质结有机太阳能电池，WPTFE和Mo化组合成 双阳极缓冲层，材料来源广泛，成本低，制备工艺简单。【附图说明】 下面结合附图及【具体实施方式】对本专利技术作进一步的说明。 图1是本专利技术的双阳极缓冲层体异质结有机太阳能电池的结构示意图； 图2是本专利技术的双阳极缓冲层体异质结有机太阳能电池的实施例1与对比器件在 光照强本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双阳极缓冲层体异质结有机太阳能电池，采用正型结构，自下而上依次为：透明衬底、透明导电阳极、阳极缓冲层、有机活性层、阴极缓冲层、金属阴极；其特征在于所述阳极缓冲层为PTFE阳极缓冲层和MoO3阳极缓冲层构成的双阳极缓冲层；PTFE阳极缓冲层制备于透明导电阳极上；MoO3阳极缓冲层制备于PTFE阳极缓冲层与有机活性层之间；PTFE阳极缓冲层厚度为0.3～2nm，MoO3阳极缓冲层厚度为4～10nm。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：康博南，张盼盼，党扬，张春霞，徐旭，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22