一种稳定的有机太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种稳定的有机太阳能电池及其制备方法。制备方法包括如下步骤：将ZnO前驱液旋涂于ITO层，制得电子传输层，再旋涂C60‑SAM溶液作作为修饰层，将给体材料与受体材料溶解，旋涂在修饰层上，蒸镀氧化钼，蒸镀银作为电池正极，制得一种稳定的有机太阳能电池。本发明专利技术提供的有机太阳能电池，创新性地通过用绿色溶剂邻二甲苯来代替氯苯做活性层的加工溶剂，提高了光照稳定性；创新性地通过用修饰层来修饰氧化锌电子传输层，提高了能量转换效率和热稳定性。所述的太阳能电池具有较高的能量转换效率和优良的光照稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种稳定的有机太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及有机光电器件
，具体涉及一种稳定的有机太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
随着全球能源危机与环境问题的日益严峻，太阳能作为一种可再生的绿色能源，成为了全球研究的热点。太阳能电池是太阳能的主要利用方式，与传统的硅太阳能电池相比，有机太阳能电池具有成本低、质量轻、可溶液加工，特别是易于大面积制备的优点，因此具有非常广泛的研究价值和应用前景。目前，单节有机太阳能电池的最高能量转换效率已超过14％(AdvancedMaterials,2018,DOI:10.1002/adma.201800868)。同时，有机吸光层材料具有吸收光谱不连续，通过采用对近红外区域有吸收的材料可以做成半透明且隔热的器件。因此，有机太阳能电池在建筑物玻璃以及汽车玻璃上有巨大的应用前景。目前，同时实现高的能量转换效率并且好的稳定性能仍面临着较大的挑战，为了实现高的效率，往往会在活性层溶液中加入有机添加剂(DIO,CN等等)，这些添加剂会通过改善有机薄膜的形貌来提高效率，但是因为添加剂的存在会在活性层中形成不太稳定的亚稳相，对整个器件的稳定性带来了问题。因此，为了提高器件的稳定性，一般不考虑添加剂的作用。也有通过对有机活性层中的给体材料和受体材料进行分子结构改造，通过引入一些稳定的结构单元来提高材料的玻璃转化温度TG，玻璃转化温度的提高能显著提高器件在暗态下的稳定性，但是可能会对器件的效率产生不利的影响同时也带来了化学合成上的难题。在有机太阳能电池中，稳定性主要包括光稳定性以及热稳定性。从实现商业化的角度来考虑，提高电池的稳定性是十分必要的。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种稳定的有机太阳能电池及其制备方法。能在基本不影响提高器件的效率的同时实现优良的光稳定性性能并且提高热稳定性。本专利技术的目的通过如下技术方案实现。本专利技术提供的一种稳定的有机太阳能电池，包括衬底和有机太阳能电池元件，所述有机太阳能电池元器件依次包含透明阴极、电子传输层、修饰层、活性层、空穴传输层以及阳极，所述修饰层为C60-SAM，所述电子传输层是通过C60-SAM修饰层来修饰。进一步地，所述衬底为玻璃；所述透明阴极为ITO层，涂覆在衬底上；所述电子传输层为氧化锌(ZnO),厚度为30-40nm；所述修饰层为C60-SAM,厚度为2-3nm；所述活性层为质量比为1：1.5-1.6的PTB7-th与IEICO-4F的混合物，厚度为100-110nm；所述的空穴传输层为氧化钼，蒸镀厚度为8-12nm；所述的阳极为银，厚度为100-110nm。进一步地，所述一种稳定的有机太阳能电池的制备方法包括以下步骤：(1)清洗涂覆有ITO层的玻璃衬底并干燥；(2)将ZnO前驱液旋涂于ITO层上作为电子传输层，转速为3000-4000rpm，厚度为25-30nm；然后190-210℃条件下热退火处理30-60min；(3)将C60-SAM溶液旋涂在氧化锌(ZnO)电子传输层上，转速2000-4000rpm，厚度为2-4nm；然后90-100℃条件下热退火处理10-15min；(4)将给体材料PTB7-th与受体材料IEICO-4F按照1:1.5-1.6的质量比进行混合，溶于有机溶剂中，升温，在150-200转/分钟速率下搅拌10-15h，配制成PTB7-th和IEICO-4F的混合物溶液，然后将PTB7-th和IEICO-4F的混合物溶液旋涂在C60-SAM修饰层上，得到厚度为100-110nm的活性层；(5)在活性层上蒸镀氧化钼，形成厚度为8-12nm的空穴传输层；(6)在氧化钼空穴传输层上蒸镀厚度为90-100nm的银电极作为阳极。进一步地，所述一种稳定的有机太阳能电池制备方法，步骤(4)所述有机溶剂包括氯苯溶剂和邻二甲苯溶剂。进一步地，所述有机溶剂为氯苯(CB)时,PTB7-th和IEICO-4F按照1：(1.5-1.6)的质量比混合，加入氯苯溶剂，混合物的浓度范围为17-18.5mg/ml,升温为50-55℃，在150-200转/分钟速率下搅拌10-15h；有机溶剂为邻二甲苯(o-Xy)时,PTB7-th和IEICO-4F按照1：(1.5-1.6)的质量比混合，加入邻二甲苯溶剂，混合物的浓度范围为17-18.5mg/ml,升温为80-85℃，在150-200转/分钟速率下搅拌时间10-15h。进一步地，所述一种稳定的有机太阳能电池制备方法，步骤(2)所述ZnO前驱液旋涂在ITO层上，其中ZnO前驱液的制备方法，具体包括如下步骤：将醋酸锌颗粒溶于单甲醚溶剂，并加入的乙醇胺溶剂，醋酸锌固体、单甲醚溶剂、乙醇胺溶剂三者的比例范围为1:10：275-280(g:ml:μl),然后50-60℃下以150-200转/分钟速率下搅拌12-14h。进一步地，所述一种稳定的有机太阳能电池制备方法，步骤(3)所述C60-SAM溶液的制备方法，具体包括将6-7mg的C60-SAM固体溶于4-5ml的氯苯和四氢呋喃的混合溶剂中，C60-SAM溶液的浓度范围为1.4-1.5mg/ml,所述混合溶剂中，氯苯和四氢呋喃的体积比为2:1-1:1，然后50-60℃下以150-200转/分钟速率下搅拌12-14h，然后将溶液用直径为0.45微米滤头过滤取滤液。进一步地，所述一种稳定的有机太阳能电池制备方法，步骤(4)所述旋涂，具体为，旋涂速率为1000-2000rpm。由上述制备方法制得的一种稳定的有机太阳能电池。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：(1)本专利技术中的有机太阳能电池，具有较高的能量转换效率和优良的光照稳定性；(2)本专利技术创新性地通过用绿色溶剂邻二甲苯来代替氯苯做活性层的加工溶剂，能够显著提高器件的光照稳定性；(3)本专利技术创新性地通过用修饰层来修饰氧化锌电子传输层，不仅可以提高能量转换效率，而且也可以提高器件的光照以及热稳定性。附图说明图1为本专利技术提供的一种稳定的有机太阳能电池器件的示意图(1为衬底，2为透明阴极，3为电子传输层，4为修饰层，5为活性层，6为空穴传输层，7为阳极)；图2为实施例1所制得的一种稳定的有机太阳能电池和没有C60-SAM修饰层的有机太阳能电池的电流密度-电压特征曲线；图3为实施例1所制得的用氯苯溶剂加工的有机太阳能电池在AM1.5G，100mW/cm2的光强下器件的光稳定性测试曲线；图4为实施例2所制得的用邻二甲苯溶剂加工的有机太阳能电池加或者没加C60-SAM修饰层时的电流密度-电压特征曲线；图5为实施例2所制得的用邻二甲苯溶剂加工的有机太阳能电池在AM1.5G，100mW/cm2的光强下器件的光稳定性测试的曲线；图6为实施例3和实施例4中制得的有机太阳能电池器件在85摄氏度的温度下并且在氮气的氛围下所进行的热稳定性测试的曲线。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术技术方案作进一步详细的描述，但本专利技术的保护范围及实施方式不限于此。实施例1(1)涂覆有ITO层的玻璃衬底依次用异丙醇、洗涤剂、去离子水超声波清洗，然后放在烘箱中干燥备用；(2)将0.4g的醋酸锌溶于4ml的单甲醚溶液中，然后加入111微升的乙醇胺溶液50℃下搅拌12h，然后把配置好的ZnO前驱液旋涂在ITO上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稳定的有机太阳能电池，其特征在于，包括衬底和有机太阳能电池元件，所述有机太阳能电池元器件从上到下依次包含透明阴极、电子传输层、修饰层、活性层、空穴传输层以及阳极，所述修饰层为C60‑SAM，所述电子传输层是通过C60‑SAM修饰层来修饰。

【技术特征摘要】
1.一种稳定的有机太阳能电池，其特征在于，包括衬底和有机太阳能电池元件，所述有机太阳能电池元器件从上到下依次包含透明阴极、电子传输层、修饰层、活性层、空穴传输层以及阳极，所述修饰层为C60-SAM，所述电子传输层是通过C60-SAM修饰层来修饰。2.根据权利要求1所述一种稳定的有机太阳能电池，其特征在于，所述衬底为玻璃；所述透明阴极为ITO层，涂覆在衬底上；所述电子传输层为氧化锌,厚度为30-40nm；所述修饰层为C60-SAM，厚度为2-3nm；所述活性层为给体材料PTB7-th与受体材料IEICO-4F的混合物，厚度为100-110nm，所述给体材料PTB7-th与受体材料IEICO-4F之间的质量比为1：1.5-1.6；所述的空穴传输层为氧化钼，蒸镀厚度为8-12nm；所述的阳极为银，厚度为100-110nm。3.制备权利要求1所述一种稳定的有机太阳能电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）清洗涂覆有ITO层的玻璃衬底并干燥；（2）将ZnO前驱液旋涂于ITO层上作为电子传输层，转速为3000-4000rpm，厚度为25-30nm；然后190-210℃条件下热退火处理30-60min；（3）将C60-SAM溶液旋涂在氧化锌电子传输层上，转速2000-4000rpm，厚度为2-4nm；然后90-100℃条件下热退火处理10-15min；（4）将给体材料PTB7-th与受体材料IEICO-4F按照1:1.5-1.6的质量比进行混合，溶于有机溶剂中，升温，在150-200转/分钟速率下搅拌10-12h，配制成PTB7-th和IEICO-4F的混合物溶液，然后将PTB7-th和IEICO-4F的混合物溶液以1000-2000转/分钟速率旋涂在C60-SAM修饰层上，得到厚度为100-110nm的活性层；（5）在活性层上蒸镀氧化钼，形成厚度为8-12nm的空穴传输层...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶轩立，徐翔，肖经洋，张桂传，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44