一种体异质结有机薄膜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体异质结有机薄膜太阳能电池及其制备方法，所述电池为倒置结构，自下而上顺序为：透明衬底、透明阴极、阴极修饰层，活性层、空穴传输层、金属阳极。本发明专利技术利用受阻胺光稳定剂材料对透明电极的修饰作用，降低了透明阴极的功函数，协调了透明阴极的能级，降低了阴极界面势垒，提高了阴极的电子传输和收集能力。另外，利用受阻胺光稳定剂对光化学反应的抑制作用，此修饰层还提高了阴极界面的稳定性，提升了电池的抗老化能力。所述修饰层使用旋涂，自组装的方法制备，制备工艺简单。并且光稳定剂是已经大规模工业化生产的材料，有利于降低太阳能电池的成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种有机薄膜太阳能电池，具体涉及一种采用受阻胺光稳定剂作为阴极修饰层的倒置结构体异质结有机薄膜太阳能电池，属于太阳能

技术介绍
能源问题是当今世界面临的最重要的问题之一，随着化石能源的不断消耗以及化石能源的长期使用造成的日益严峻的环境问题，寻找一种储量大、无污染的新能源迫在眉睫。众多的新能源，包括核能、太阳能、生物能、水电能、风能、地热能和潮汝能等。其中，太阳能因其取之不尽用之不竭的巨大储量，清洁无污染的环保特性，简单的生产工艺和较低的生产成本，方便灵活的应用方式，倍受人们的青睐，是新时代最具前景的能源技术之一。太阳能电池技术是一种将太阳能直接转换为电能的技术，是利用太阳能最有效的方式之一，传统太阳能电池的研究主要集中在以硅、砷化镓、碲化镉以及叠层GalnP/GaAs/Ge等为活性材料的无机光电器件。然而，此类器件原料成本较高，生产工艺较为复杂，难以制备柔性器件等，极大地限制了此类太阳能电池技术的发展和应用。体异质结有机薄膜太阳能电池是近年来发展迅猛的一种新型太阳能电池技术。与其他太阳能电池技术相比，其具有重量轻，成本低，制备工艺简单，可制备成柔性器件等优势，因此成为了目前太阳能电池领域最有前景的技术之一。体异质结有机薄膜太阳能电池通常包括阴极、阳极和夹在两个电极间的光致发电单元。本专利技术就是使用以受阻胺光稳定剂修饰的透明阴极薄膜，作为有机薄膜太阳能电池的阴极，制备一种倒置结构的体异质结有机薄膜太阳能电池。光电转换效率是决定太阳能电池优劣的最主要参数之一，其由开路电压、短路电流、填充因子这三个参数决定。综合协调提高这三个参数是提高太阳能电池光电转化效率的关键，为此，研究者们从各个方面进行了努力。体异质结有机薄膜太阳能电池开路电压的理论极限值，由活性层中给体材料的HOMO与受体材料的LOMO的差值决定。对于给定的活性层材料，活性层两边部分的能级对其产生主要的影响。因此，有机光薄膜太阳能电池的各组成部分之间，通常面临能级不匹配的问题，在界面处形成较高的势皇，不利于界面处形成欧姆接触，因此降低了开路电压。所以，有机光薄膜太阳能电池需要解决各组成部分能级匹配的问题。研究者们发现，在活性层与电极之间添加修饰层，可以有效抑制载流子传输过程中电子与空穴的复合，提高电荷的传输效率与电极收集电荷的能力，形成优良的二极管结构，从而提高电池的短路电流与填充因子。通常，阴极修饰材料主要要求I)能够与有缘层之间形成欧姆接触；2)能够有效传输负电荷；3)在有效收集负电荷的同时能够有效阻断正电荷；4)在界面处形成优良的膜结构，不能提高器件的串联电阻，不能降低器件的并联电阻。目前常用的阴极修饰层，无机类如LiF，Ca，Mg等，通常通过真空热蒸镀的方式制备，需要较高的温度和真空度，工艺成本较高，且难以大规模制备；有机类如富勒烯的一些衍生物，生产成本较高。市场需要一种相对生产成本较低且制备工艺简单的阴极修饰材料。另外，有机光薄膜太阳能电池各组成部分之间的界面，很容易受到水氧的侵蚀，还容易发生光化学反应，破坏原有的界面结构，形成表面态，从而削弱了有机薄膜太阳能电池的稳定性。
技术实现思路
技术问题:本专利技术就是针对上述问题，设计了一种基于受阻胺光稳定剂阴极修饰层的倒置结构体异质结有机薄膜太阳能电池及其制备方法。技术方案:光稳定剂是一种目前常用的高分子制品(例如塑料、橡胶、涂料、合成纤维等)添加剂，用于抑制和减缓光化学反应的发生，从而提高高分子制品的抗老化能力。其是一种目前已经大规模工业化生产的化学制品，价格低，且购买、运输、存储等都比较方便。本专利技术首次将光稳定剂材料引入太阳能电池产业中来，利用受阻胺光稳定材料上胺基团与透明阴极的相互作用，作为透明阴极的修饰材料，极大提高了倒置结构有机薄膜太阳能电池中透明阴极对电子的传输与收集能力。另外，在有机薄膜太阳能电池中，界面是最为脆弱的环节，极易受到光化学反应的侵蚀，产生界面表面态，破坏原有的界面结构，从而降低了电荷的传输与收集能力，造成了载流子的复合，对电池的短路电流与填充因子产生不利的影响。本专利技术利用光稳定剂对光化学反应的抑制作用，作为界面修饰材料，提高了界面抗光化学反应的能力，从而提高了界面的稳定性。光稳定剂类材料，能够溶于大部分常用的有机溶剂，作为有机薄膜太阳能电池的阴极界面修饰材料，可以使用旋涂或自组装的方法制备，且无需退火，相比于LiF、Ca, Mg等需要较高真空度与温度，通过真空热蒸镀的方法制膜的常用无机类阴极修饰材料，制备工艺大大简化；光稳定剂材料为已经工业化生产的化学制品，相比于其他诸如富勒烯的各种衍生物等同样可以采用旋涂与自组装制膜的无机类修饰材料，本身的采购成本更低。因此，光稳定剂类材料作为有机薄膜太阳能电池的阴极修饰材料，具有极大的成本优势，为将来有机薄膜太阳能电池的工业化铺平了道路。本专利技术的一种体异质结有机薄膜太阳能电池的阴极由受阻胺光稳定剂材料修饰，自下而上顺序设置为:透明衬底、透明阴极、阴极修饰层、活性层、空穴传输层、金属阳极；其中，所述透明衬底为玻璃或柔性PET衬底；所述透明阴极为ΙΤ0、10、ΙΖ0, AZO或FTO中的一种；所述阴极修饰层为受阻胺光稳定剂材料，所述活性层为由噻吩化合物和富勒烯的衍生物的混合物制备而成的体异质结活性层；所述所述空穴传输层为Mo03、V2O5,评03中的一种；所述金属阳极电极为Al、Ag、Au中的一种；其中:所述噻吩化合物为聚-3已基噻吩或者聚苯并二噻吩；富勒烯的衍生物为PC61BM或者 PC71BM。所述受阻胺光稳定剂材料为受阻胺光稳定剂TH-944，即[C35H68Nj n。本专利技术的一种体异质结有机薄膜太阳能电池的制备方法包括以下步骤:I).透明阴极及透明衬底使用ITO导电玻璃成品，在清洗干净的ITO导电玻璃上，旋涂光稳定剂溶液，自然晾干后，在衬底表面形成阴极修饰层；或者将清洗干净的ITO导电玻璃放入受阻胺光稳定剂溶液中浸泡，产生自组装过程，之后取出用溶剂冲洗，在衬底表面形成阴极修饰层。2).在受阻胺光稳定剂阴极修饰层上旋涂体异质结活性层溶液，退火后在体异质结活性层表面利用真空热蒸镀蒸镀一层MoO3薄膜作为空穴传输层；3).在空穴传输层上，利用真空热蒸镀在其表面蒸镀金属阳极电极收集空穴，即完成所述太阳能电池的制备。5.根据权利要求4所述的一种体异质结有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤I)中，旋涂用光稳定剂溶液浓度为0.3%?0.7% w/w，溶剂优选为丙酮，旋涂转速3500rpm，时间60s ;自组装用光稳定剂溶液浓度为1.5%?2.5% w/w，溶剂优选为丙酮，自组装时间1.5h?3h0在步骤2)中，旋涂用体异质结活性层溶液原料为噻吩化合物和富勒烯的衍生物的混合物，其中噻吩化合物为聚-3已基噻吩P3HT或者聚苯并二噻吩PTB7 ;富勒烯的衍生物为 PC61BM 或者 PC71BM。体异质结活性层溶液可通过如下方法制备:按质量比，P3HT以17mg/ml的浓度与PC61BM以1:1的比例混合后溶于二氯苯中，混合后的溶液60°C加热搅拌12小时即可；或者PTB7以12mg/ml的浓度与PC71BM以1: 1.5的比例混合后溶于二氯苯中，添加体积比为3%的1，8- 二碘辛烷D当前第1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种体异质结有机薄膜太阳能电池，其特征在于该体异质结有机薄膜太阳能电池的阴极由受阻胺光稳定剂材料修饰，自下而上顺序设置为：透明衬底、透明阴极、阴极修饰层、活性层、空穴传输层、金属阳极；其中，所述透明衬底为玻璃或柔性PET衬底；所述透明阴极为ITO、IO、IZO、AZO或FTO中的一种；所述阴极修饰层为受阻胺光稳定剂材料，所述活性层为由噻吩化合物和富勒烯的衍生物的混合物制备而成的体异质结活性层；所述所述空穴传输层为MoO3、V2O5、WO3中的一种；所述金属阳极电极为Al、Ag、Au中的一种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏梅，戴运杰，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32