本发明专利技术属于电池薄膜材料与器件领域，具体涉及一种以La-TiO2为电子传输层的有机光伏电池及其制备方法。该电池包括氧化物透明导电衬底、有机活性层、空穴传输层和金属电极，其中，电子传输层是将La-TiO2溶液经溶胶凝胶法漩涂在氧化物透明导电衬底上而形成的La-TiO2透明薄膜。La-TiO2透明薄膜中La的掺杂比例为0.25-2wt%。本发明专利技术制得的光伏电池成本低廉、稳定、耐腐蚀性较好，对环境友好，易于大范围生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池薄膜材料与器件领域，具体涉及一种以La-TiO2为电子传输层的有机光伏电池及其制备方法。
技术介绍
人类进入二十一世纪以来，能源与环境已成为全球关注的焦点。世界各国都在开发绿色环保的新能源，相比于石油、煤炭等其他有限的资源，太阳能的开发和利用是人类解决能源危机的有效途径之一，并且受到了全世界研究学者的大力关注和研究。太阳能在航空、国防军事、普通照明等很多领域都有着非常重大的应用。并且在新时代能源消耗如此巨大的前提下，太阳能因其环保可持续等优点成为焦点。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池。其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。但硅的提纯对环境是一个重污染过程。并且因为成本高，产品价格一直居高不下，很难大量推广使用。多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。以有机聚合物代替无机材料是近几年开始的一个太阳能电池制造的新的研究方向。由于有机材料具有轻便、易加工、保护环境、材料来源广泛、成本底等优点已成为全世界学者研究的对象而得以快速的发展，对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义，成为当今可再生能源中最有前景的一种。传统的正置结构有机太阳能电池由于器件结构简单，制备工艺简单等优点成为世界研究学者一时关注的焦点，但是由于其在空气中的稳定性差，易被空气氧化等不足，因此研究学者开发了倒置结构的有机太阳能电池，对于提高电池稳定性以及电池效率都取得了很大的突破。目前，国内外研究学者认为，有机聚合物应用于太阳能电池中较为理想的倒置结构是：导电玻璃/TiO2/ P3HT:PCBM/MoO3/Al；ITO；其中：ITO是掺锡的氧化铟，作为电池的阳极；TiO2作为电子传输层，MoO3作为空穴传输层；由P3HT（聚3-已基噻吩）组成的网构成电子施主，由PCBM（C60衍生物）组成的网构成了电子受体和电子传输层，P3HT和PCBM组成的混合溶液作为光敏层，Al是阴极。由于单纯的TiO2电子传输层对于电池效率的提高有限。因此研究人员想到了用金属离子掺杂TiO2来提高TiO2薄膜的性能，从而进一步提高电池的效率。目前，用金属离子掺杂TiO2作为电子传输层有机太阳能电池曾经有过报道。其中Superlattices and Microstructures刊上报道(Ranjitha A, Muthukumarasamy N, Thambidurai M, Velauthapillai D, Madhan Kumar A, Gasem ZM. Inverted organic solar cells based on Cd-doped TiO2 as an electron extraction layer. Superlattices and Microstructures. 2014;74:114-22.)：用Cd掺杂TiO2薄膜取代TiO2作为电池的电子传输层，效率从2.6%提高到了3.06%。其制备方法为溶胶凝胶法，但是由于Cd离子是具有很强的毒性，对于环境会造成污染，不适合大量使用。
技术实现思路
针对上述TiO2对于电池效率提高的现状，本专利技术提供了一种以La-TiO2为电子传输层的有机光伏电池及其制备方法。该光伏电池成本低廉、稳定、耐腐蚀性较好，对环境友好，易于大范围生产。为实现本专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种以La-TiO2-透明薄膜为电子传输层的有机光伏电池，包括氧化物透明导电衬底、电子传输层、有机活性层，空穴传输层和金属电极，所述的电子传输层是将La-TiO2溶液经溶胶凝胶法漩涂在氧化物透明导电衬底上而形成的La-TiO2透明薄膜。所述的La-TiO2透明薄膜中La的掺杂比例为0.25-2wt%。所述氧化物透明导电衬底为ITO导电玻璃或透明柔性塑料、FTO导电玻璃或透明柔性塑料、AZO导电玻璃或透明柔性塑料、或ITAZO导电玻璃或透明柔性塑料。所述有机活性层为P3HT:PCBM（由聚3-已基噻吩和C60衍生物组成的混合溶液作为光敏层）。所述空穴传输层是MoO3薄膜。上述金属电极为Al电极或Ag电极。本专利技术还提供了上述以La-TiO2为电子传输层的有机光伏电池的制备方法，包括：（1）清洗氧化物透明导电衬底并烘干；（2）用溶胶凝胶方法在透明导电衬底上漩涂La-TiO2前躯体溶液；漩涂好的La-TiO2透明薄膜在马弗炉中高温煅烧；在空气中或在惰性气体保护下，在La-TiO2薄膜上甩上有机活性层；（3）在活性层上热蒸发沉积MoO3空穴传输层；（4）电极的制备：在有机活性层表面蒸发金属电极，通过惰性气体保护下后退火（150℃下烘烤15 min）。上述用溶胶凝胶法制备La-TiO2薄膜的条件为：（1）配置适当掺杂比例的La-TiO2前躯体溶液；（2）漩涂转速是4000转/分钟；（3）漩涂时间是30s；（4）煅烧温度是550℃；（5）煅烧时间是60min。本专利技术的有益效果在于：（1）本专利技术用溶胶凝胶方法制备透明La-TiO2薄膜，成本低廉、工艺简单、易于大面积生产，相对于传统的电子传输层（如TiO2），能够进一步提高电池的效率；本专利技术的薄膜太阳能电池的能量转换效率高；（2）在以镧掺杂二氧化钛后，并将其作为有机太阳能电池的电子传输层，电池的短路电流、填充因子和能量转换效率都有显著的提高。附图说明图1为以La-TiO2薄膜作为空穴传输层的有机太阳能电池结构示意图；1-透明玻璃或柔性衬底，2-阳极导电膜，3-La-TiO2薄膜，4-P3HT: PCBM体异质结光活性层，5-MoO3薄膜，6-铝电极(或银电极)；图2为以TiO2为电子传输层，结构为ITO/TiO2/P3HT:PCBM/ MoO3/Al的有机太阳能电池J-V曲线；图3为以0.25% La掺杂TiO2，转速为4000 rpm制备的薄膜为电子传输层，结构为ITO/ La-TiO2/P3HT:PCBM/ MoO3/Al的有机太阳能电池J-V曲线；图4为以0.5% La掺杂TiO2，转速为3500 rpm制备的薄膜为电子传输层，结构为ITO/ La-TiO2/P3HT:PCBM/ MoO3/Al的有机太阳能电池J-V曲线；图5为以0.5% La掺杂TiO2，转速为4000 rpm制备的薄膜为电子传输层，结构为ITO/ La-TiO2/P3HT:PCBM/ MoO3/Al的有机太阳能电池J-V曲线；图6为以0.5% La掺杂TiO2，转速为4500 rpm制备的薄膜为电子传输层，结构为ITO/ La-TiO2/P3HT:PCBM/ MoO3/Al的有机太阳能电池J-V曲线本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种以La‑TiO2为电子传输层的有机光伏电池，包括氧化物透明导电衬底、有机活性层、空穴传输层和金属电极，其特征在于：所述的电子传输层是将La‑TiO2溶液经溶胶凝胶法漩涂在氧化物透明导电衬底上而形成的La‑TiO2透明薄膜。
【技术特征摘要】
1.一种以La-TiO2为电子传输层的有机光伏电池，包括氧化物透明导电衬底、有机活性层、空穴传输层和金属电极，其特征在于：所述的电子传输层是将La-TiO2溶液经溶胶凝胶法漩涂在氧化物透明导电衬底上而形成的La-TiO2透明薄膜。
2.根据权利要求1所述的以La-TiO2为电子传输层的有机光伏电池，其特征在于：所述的La-TiO2透明薄膜中La的掺杂比例为0.25-2wt%。
3.根据权利要求1所述的以La-TiO2为电子传输层的有机光伏电池，其特征在于：所述氧化物透明导电衬底为ITO、FTO、AZO、ITAZO导电玻璃或透明柔性塑料。
4.根据权利要求1所述的以La-TiO2为电子传输层的有机光伏电池，其特征在于：所述的有机活性层为P3HT:PCBM。
5.根据权利要求1所述的以La-TiO2为电子传输层的有机光伏电池，其特征在于：所述的空穴传输层为MoO3薄膜。
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【专利技术属性】
技术研发人员：郑巧，程树英，孙建斌，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35
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