一种以In2Se3为空穴传输层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以In2Se3为空穴传输层的有机太阳能电池及其制备方法，该有机太阳能电池包括依次层叠设置的阳极基底、空穴传输层、活性层、电子传输层以及阴极层；所述空穴传输层为In2Se3。本发明专利技术制得的有机太阳能电池，使用高电导率、高透光率的In2Se3，首先，In2Se3具有较高的电导率，可以有效的提升有机太阳能电池的电荷传输效率，降低了对薄膜厚度的敏感性；其次In2Se3透光率较高，能让活性层有效利用入射光；最后，本发明专利技术中将In2Se3粉末用去离子水与异丙醇混合配成溶液后加以旋涂成膜，更为环境友好。

【技术实现步骤摘要】
一种以In2Se3为空穴传输层的有机太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种以In2Se3为空穴传输层的有机太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
有机太阳能电池由于其原料来源广、工艺容易、易于进行物理与化学改性、电池器件结构多样、成本低、环境友好等优点而受到广泛关注。目前有机太阳能电池所报道的能量转化效率已接近15％，成为新一代太阳能电池的研究热点。有机太阳能电池工作原理为：(1)光透过ITO电极照到活性层上，活性层吸收光子产生激子；激子扩散到给体/受体界面处；(2)受体中的激子将空穴转移到给体上，给体中的激子将电子转移到受体上，进而实现电荷分离；(3)电子和空穴分别顺着受体与给体向阴极与阳极扩散；(4)电子和空穴在电极/活性层界面上分别被阴极和阳极收集，并由此产生光电流和光电压。界面层材料包括电子传输层材料和空穴传输层材料。目前空穴传输层材料发展较为落后，商业化产品只有PEDOT:PSS一种。而PEDOT:PSS具有的强酸性和亲水性，会对器件的稳定性产生较大的影响。此外，PEDOT:PSS透光率较低，且PSS的绝缘性和PEDOT的强各向异性会使电荷的传输和收集受限，从而限制了电池光电转换效率的提高。对此人们尝试使用其他材料，如聚合物、小分子有机材料、过渡金属氧化物等对PEDOT:PSS进行替代；Hou课题组使用盐酸掺杂PANI，制备了高电导率的HAPAN，并以此为空穴传输层，得到了高效率的电池；Heeger课题组使用共轭聚电解质CPEPh-Na作为空穴传输层，该材料呈中性，功函数为-5.2eV，有效降低了ITO与活性层之间的界面壁垒，提高了电池性能；Han课题组使用金属氧化物WO3，有效地平滑ITO表面，显著提高电池并联电阻，降低了光照下的电荷复合概率，提高了填充因子，从而提高电池效率。
技术实现思路
基于此，本专利技术提供一种以In2Se3为空穴传输层的有机太阳能电池及其制备方法。本专利技术的目的通过如下技术方案实现。一种以In2Se3为空穴传输层的有机太阳能电池，包括阳极基底、空穴传输层、活性层、电子传输层以及阴极层，且所述空穴传输层为In2Se3。进一步的，所述阳极基底选自铟锡氧化物玻璃(ITO)。进一步的，所述空穴传输层厚度为20-30nm。进一步的，所述活性层为P3HT/PCBM，且活性层厚度为150-200nm。进一步的，所述电子传输层为Ca或PFNBr，所述电子传输层厚度为5-8nm进一步的，所述阴极层为Al，所述阴极层厚度为80-85nm。本专利技术的另一个目的在于提供一种以In2Se3为空穴传输层的有机太阳能电池的制备方法，其包括如下步骤：步骤一、清洗阳极基底，并对所述阳极基底表面进行表面处理；步骤二、在经过步骤一表面处理过的所述阳极层表面依次旋涂空穴传输层、活性层；所述空穴传输层为In2Se3；步骤三、在步骤二所述的活性层表面依次蒸镀电子传输层以及阴极层；上述工艺步骤完成后，制得所述以In2Se3为空穴传输层的有机太阳能电池；进一步的，上述步骤一中，所述阳极基底处理包括：首先依次用洗洁精、去离子水、丙酮、无水乙醇、异丙醇各超声清洗15-20分钟；随后在80-90℃真空干燥箱中烘干；最后对所述清洗烘干的阳极基底表面进行13-15分钟的等离子表面处理。进一步的，上述步骤二中，所述空穴传输层为In2Se3，将In2Se3粉末溶于异丙醇和去离子水的混合溶液，配置成质量浓度为0.9-1mg/ml的混合液；将上述混合液超声4-5小时后，在7000-8000r.p.m的速度下离心4-5min后取出上清液；再将上述上清液于相同的速度下，离心13-15min，取出上清液，即得到所需In2Se3溶液。将In2Se3溶液旋涂在上述处理过的阳极基底表面上，转速为3000-3500rpm，时间为35-40s；将旋涂完硒化铟的阳极基底进行退火处理，温度为280-300℃，时间为45-60分钟。优选异丙醇和去离子水的混合溶液中异丙醇体积分数为30-40％。上述步骤二中，所述活性层为P3HT/PCBM：将P3HT和PCBM溶于二氯苯中将P3HT和PCBM溶于邻二氯苯中，其中P3HT:PCBM质量比为0.8-1.2:1，P3HT浓度为15-25mg/ml，搅拌12-24小时；将退火后的空穴传输层表面进行13-15分钟的等离子表面处理；最后在空穴传输层表面上旋涂活性层溶液，转速为850-1000rpm，时间为35-40s，活性层厚度为200nm左右；所述活性层旋涂完成后放置2～3小时自然晾干，随后以125～150℃退火处理7～10分钟。本专利技术的以In2Se3为空穴传输层的有机太阳能电池，通过使用高电导率、高透光率的In2Se3；首先，In2Se3具有较高的电导率，可以有效的提升有机太阳能电池的电荷传输效率，降低了对薄膜厚度的敏感性；其次In2Se3透光率较高，能让活性层有效利用入射光；最后，本专利技术中将In2Se3粉末溶于去离子水与异丙醇混合溶液后加以旋涂成膜，相对于现有技术中In2Se3成膜时常用的各种高温高压的方法相比，更为环境友好。使用In2Se3作为空穴传输层，在适当的条件下，可以得到与传统的PEDOT:PSS作为空穴传输层相当的光电转换效率，除了以上优点外，使用In2Se3可以避免PEDOT:PSS的强酸性和亲水性对太阳能电池的寿命造成影响，而且In2Se3还有带隙可随着薄膜厚度而改变等优点，其应用前景值得期待。附图说明图1为本专利技术的以In2Se3为空穴传输层的有机太阳能电池的结构示意图；图2为以In2Se3为空穴传输层的有机太阳能电池器件的制备方法流程图；图3为实施例1与对比例中的太阳能器件的电流密度与电压关系图。具体实施方案以下结合具体实施例和附图对本专利技术的具体实施作进一步说明，但本专利技术的实施不限于此。本专利技术提供一种以In2Se3为空穴传输层的有机太阳能电池，如图1所示其包括阳极基底01、空穴传输层02、活性层03、电子传输层04以及阴极层05。上述以In2Se3为空穴传输层的有机太阳能电池的制备工艺如图2所示，包括如下步骤：步骤1、清洗阳极基底ITO；步骤2、对所述清洗烘干的阳极基底ITO表面进行表面处理；步骤3、在经过步骤2处理过的ITO表面旋涂In2Se3溶液后退火处理制备空穴传输层；步骤4、在上述空穴传输层表面旋涂制备活性层；步骤5、在上述活性层表面蒸镀电子传输层Ca；步骤6、在上述电子传输层表面蒸镀阴极层Al；上述步骤结束后得到以In2Se3为空穴传输层的有机太阳能电池。实施例1本实施例中的以In2Se3为空穴传输层的有机太阳能电池器件结构为：ITO/In2Se3/P3HT:PCBM/Ca/Al。上述以In2Se3为空穴传输层的有机太阳能电池的制备工艺流程如下：步骤1、依次用洗洁精、去离子水、丙酮、无水乙醇、异丙醇各超声清洗20分钟；此后在80℃真空干燥箱中烘干；步骤2、对所述清洗烘干的阳极基底(ITO)表面进行13分钟的等离子表面处理，该处理方法利用微波下生成臭氧的强氧化性来清洗ITO表面残留有机物等，同时可以使ITO表面氧空位提高，提高ITO表面的功函数；步骤3、在经过步骤2处理过的ITO表面旋涂In2Se3溶液；所述In2Se3溶液配制过程为：将In2Se3粉末溶于异丙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以In2Se3为空穴传输层的有机太阳能电池，其特征在于，包括依次层叠设置的阳极基底、空穴传输层、活性层、电子传输层和阴极层，其中空穴传输层为In2Se3。

【技术特征摘要】
1.一种以In2Se3为空穴传输层的有机太阳能电池，其特征在于，包括依次层叠设置的阳极基底、空穴传输层、活性层、电子传输层和阴极层，其中空穴传输层为In2Se3。2.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其特征在于，所述阳极基底为铟锡氧化物玻璃。3.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层厚度为20-30nm。4.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其特征在于，所述活性层为P3HT:PCBM，且活性层厚度为150-200nm。5.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层为Ca或PFNBr，且电子传输层厚度为5-8nm。6.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其特征在于，所述阴极层为铝，厚度为80~85nm。7.权利要求1-6任一项所述以In2Se3为空穴传输层的有机太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、清洗阳极基底，并对所述阳极基底表面进行表面处理；步骤二、在经过步骤一表面处理过的所述阳极基底表面依次旋涂空穴传输层、活性层；步骤三、在步骤二所述的活性层表面依次蒸镀电子传输层以及阴极层；上述工艺步骤完成后，制得所述以In2Se3为空穴传输层的有机太阳能电池。8.根据权利要求7所述的以In2Se3为空穴传输层的有机太阳能电池制备方法，其特征在于，所述步骤一中，所述阳极基底处理包括：首先依次用洗洁精、去离子水、丙酮、无水乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：於黄忠，王键鸣，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44