一种拓宽有机太阳能电池聚电解质类修饰层加工窗口的方法技术

一种拓宽有机太阳能电池聚电解质类修饰层加工窗口的方法，属于有机太阳能电池技术领域。本发明专利技术中所制备的有机太阳能电池为了便于在柔性衬底上进行集成，选用PEI或PEIE修饰低温ZnO的双层结构作电子传输层，其能够引入界面偶极，改善ZnO的电子抽取能力，从而提高器件的能量转换效率。然而这类材料的导电性差，用作修饰层时必须在纳米量级上精确控制薄膜的厚度和均匀性，导致其加工窗口很窄，大规模的卷对卷生产几乎不可能。本发明专利技术利用一种常用的N,N‑二甲基甲酰胺溶剂对非理想的PEI或PEIE表面进行处理，促进PEI或PEIE在ZnO表面的再分布，从而大幅度拓宽这类聚电解质修饰层的加工窗口，推进其实际的大规模应用。

【技术实现步骤摘要】
一种拓宽有机太阳能电池聚电解质类修饰层加工窗口的方法
本专利技术属于有机太阳能电池
，具体涉及一种拓宽有机太阳能电池聚电解质类修饰层加工窗口的方法。
技术介绍
相比于传统无机太阳能电池，有机太阳能电池具备质轻、柔性、便携、彩色等一系列独特优势。为了提高有机太阳能电池的能量转换效率，人们一方面开发高效吸光材料(PTB7-Th、PffBT4T-2OD、ITIC等)来增加活性层对光的吸收利用；另一方面设计合成新型界面材料对电极界面进行精细调控。在众多界面材料中，中性聚电解质PEI或PEIE具备优良的阴极修饰特性。PEI(或PEIE)的引入能够在界面处形成界面偶极，有效降低有机活性层向阴极的电子注入势垒，提高器件的开路电压和能量转换效率。然而，这类材料导电性差，用作修饰层时必须在纳米量级上精确控制薄膜的厚度和均匀性，这导致器件的最终性能受聚电解质层制备条件的影响较大，不利于实验室间科研成果的交流，同时也阻碍了其商业化大规模使用。因此，寻找一种简单有效的方法来拓宽PEI(或PEIE)的加工工艺窗口，对该类有机太阳能电池的实际应用至关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种大幅拓宽有机太阳能电池聚电解质类阴极修饰层加工窗口的方法，我们采用PET/ITO/ZnO电子传输层/聚电解质(PEI或PEIE)阴极修饰层/活性层/MoO3空穴传输层/Ag反式结构制备低温柔性的有机太阳能电池。本专利技术所制备的有机太阳能电池为了便于在柔性衬底上进行集成，选用聚电解质(PEI或PEIE)修饰低温ZnO的双层结构作电子传输层。PEI(或PEIE)能够引入界面偶极，改善ZnO的电子抽取能力，从而提高器件的能量转换效率。然而这类材料的导电性差，用作修饰层时必须在纳米量级上精确控制薄膜的厚度和均匀性，导致其加工窗口很窄，大规模的卷对卷生产几乎不可能。本专利技术利用一种常用的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂对非理想的PEI或PEIE表面进行处理，促进PEI或PEIE在ZnO表面的再分布，从而大幅度拓宽这类聚电解质修饰层的加工窗口，推进其实际的大规模应用。本专利技术所述的一种拓宽有机太阳能电池聚电解质类修饰层加工窗口的方法，其步骤如下：1)称取2～64毫克支化聚乙烯亚胺(PEI，sigma-aldrich公司，99％)或2.5～80毫克乙氧基化聚乙烯亚胺(PEIE，sigma-aldrich公司，80％)，向其中加入2-甲氧基乙醇(sigma-aldrich公司，99.9％)溶剂，至总质量为4克，然后在氮气环境下搅拌24～36小时，得到PEI或PEIE溶液；2)称取质量比为1：2的PDTS-DTffBT与PC71BM，加入到体积比100：3的1，2-二氯苯和1,8-二碘辛烷的混合溶剂中，PDTS-DTffBT的浓度为5～15mg/mL，然后在氮气环境下室温搅拌12～24小时，得到PDTS-DTffBT：PC71BM活性层溶液；3)将PET/ITO衬底依次用洗洁精、去离子水、异丙醇超声清洗15～20分钟，用氮气吹干，置于60～80℃热台上处理5～10分钟，得到洁净的PET/ITO衬底；4)称取0.2～0.3g二水醋酸锌，向其中加入2～3mL二甲氧基乙醇和70～80mg乙醇胺，封口空气中搅拌10～15小时并陈化10～15小时得到ZnO溶胶-凝胶前驱液；在空气中将ZnO溶胶-凝胶前驱液旋涂在洁净的PET/ITO衬底上，2000～3000转每分条件下旋涂30～40秒，然后置于110～120℃热台上退火1～2小时，取出后转入氮气环境，从而在PET/ITO衬底制得低温ZnO电子传输层，厚度为30～50纳米；5)在氮气环境中，于PET/ITO/ZnO表面滴加80～120微升步骤1)制得的不同浓度(0.05～1.6wt％)的PEI或PEIE溶液，3000～6000转每分旋涂20～30秒，接着迅速在得到的PEI或PEIE表面滴加60～80℃的DMF溶剂，滴加的DMF溶剂体积与旋涂所用的PEI溶液体积相同，静置2～4秒后再在2000～3000转每分条件下旋涂50～60秒以旋干残留的DMF溶剂，90～110℃热台上退火5～15分钟，由此制备的PEI或PEIE聚电解质薄膜厚度均在1～10纳米范围内；6)在氮气氛围下，在PET/ITO/ZnO/PEI(或PEIE)/DMF上，以1000～1200转每分条件下旋涂步骤2)得到的PDTS-DTffBT：PC71BM活性层溶液60～70秒，得到吸光活性层薄膜；然后在真空条件下保持2～3小时，使活性层薄膜彻底抽干；接着置于110～120℃热台上处理5～10分钟，获得厚度90～100纳米的活性层；7)在活性层上沉积氧化钼空穴传输层和银电极，蒸镀时真空度为4×10-4～8×10-4帕，氧化钼蒸镀速率为0.1～0.3埃每秒，厚度为5～8纳米；银电极蒸镀速率为0.4～1.2埃每秒，厚度为90～100纳米，从而得到本专利技术所述的“聚电解质类修饰层的加工窗口得到大幅拓宽的”有机太阳能电池。在步骤4)中，由于没有经过高温煅烧，ZnO电子传输层表面存在大量结构缺陷从而影响其作为电子传输层的电子传输和抽取能力。为此我们在ZnO电子传输层表面通过步骤5)修饰一层PEI或PEIE聚电解质材料，钝化ZnO表面缺陷态，提高ZnO的电子抽取能力。同时，为了解决PEI或PEIE聚电解质材料加工工艺窗口较窄的问题，我们提出了步骤5)中的DMF处理策略。为了检验专利技术所述DMF后处理策略的有效性，我们首先进行传统方式(即不进行DMF溶剂的后处理)的PEI(或PEIE)制备。在PET/ITO/ZnO表面滴加90μL不同浓度的(0.05wt％～1.6wt％)上述PEI或PEIE溶液，5000转每分旋涂60秒，接着置于100℃热台上处理10分钟。对制备的聚电解质薄膜进行椭圆偏振仪测试，测得0.05wt％、0.1wt％、0.2wt％、0.4wt％、0.8wt％、1.6wt％的PEI或PEIE溶液制备的聚电解质薄膜厚度分别为1～3、3～4、3～5、7～9、14～16和25～26纳米。为了模拟多种PEI或PEIE薄膜的制备条件，我们又在PET/ITO/ZnO表面滴加浓度固定(0.8wt％)的PEI或PEIE溶液，改变不同转速：3000～6000转每分条件下旋涂60秒，接着置于100℃热台上处理10分钟。3000、4000、5000、6000转每分制备薄膜的椭圆偏振测试结果表明，薄膜厚度分别为16～17、15～16、14～16和14～15纳米。基于上述一系列PEI或PEIE的加工条件，我们对其适当调整并进行DMF溶剂二次处理，以拓宽有机太阳能电池PEI或PEIE聚电解质类修饰层加工窗口。处理过程为：首先在低温溶胶-凝胶制备的ZnO电子传输层表面，或者滴加0.05wt％～1.6wt％浓度的上述PEI或PEIE溶液，5000转每分旋涂20～30秒；或者3000～6000转每分条件旋涂0.8wt％的PEI或PEIE溶液20～30秒。接着迅速在得到的PEI或PEIE表面统一滴加60～80℃的DMF溶剂，滴加的DMF溶剂的体积与所用PEI溶液的体积一致，均在80～120微升，静置2～4秒后再在2000～3000转每分条件下旋涂50～60秒以旋干残留的DMF溶剂，接着90～110℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种拓宽有机太阳能电池聚电解质类修饰层加工窗口的方法，其步骤如下：1)将PET/ITO衬底依次用洗洁精、去离子水、异丙醇超声清洗15～20分钟，用氮气吹干，置于60～80℃热台上处理5～10分钟，得到洁净的PET/ITO衬底；2)称取0.2～0.3g二水醋酸锌，向其中加入2～3mL二甲氧基乙醇和70～80mg乙醇胺，封口空气中搅拌10～15小时并陈化10～15小时得到ZnO溶胶‑凝胶前驱液；在空气中将ZnO溶胶‑凝胶前驱液旋涂在洁净的PET/ITO衬底上，2000～3000转每分条件下旋涂30～40秒，然后置于110～120℃热台上退火1～2小时，取出后转入氮气环境，从而在PET/ITO衬底上制得低温ZnO电子传输层，厚度为30～50纳米；3)在氮气环境中，于PET/ITO/ZnO表面滴加80～120微升浓度为0.05wt％～1.6wt％的PEI或PEIE溶液，3000～6000转每分旋涂20～30秒，在得到的PEI或PEIE表面滴加N,N‑二甲基甲酰胺溶剂，静置2～4秒后再在2000～3000转每分条件下旋涂50～60秒以旋干残留的N,N‑二甲基甲酰胺溶剂，然后在90～110℃热台上退火5～15分钟，由此制备的PEI或PEIE聚电解质薄膜厚度在1～10纳米范围内；4)在氮气氛围下，在PET/ITO/ZnO/PEI或PEIE/DMF上，以1000～1200转每分条件下旋涂PDTS‑DTffBT：PC71BM活性层溶液60～70秒，得到吸光活性层薄膜；然后在真空条件下保持2～3小时，使活性层薄膜彻底抽干；接着置于110～120℃热台上处理5～10分钟，获得厚度90～100纳米的活性层；5)在活性层上沉积氧化钼空穴传输层和银电极，蒸镀时真空度为4×10‑4～8×10‑4帕，氧化钼蒸镀速率为0.1～0.3埃每秒，厚度为5～8纳米；银电极蒸镀速率为0.4～1.2埃每秒，厚度为90～100纳米，从而制备得到有机太阳能电池，其聚电解质修饰层的加工窗口得到大幅拓宽。...

【技术特征摘要】
1.一种拓宽有机太阳能电池聚电解质类修饰层加工窗口的方法，其步骤如下：1)将PET/ITO衬底依次用洗洁精、去离子水、异丙醇超声清洗15～20分钟，用氮气吹干，置于60～80℃热台上处理5～10分钟，得到洁净的PET/ITO衬底；2)称取0.2～0.3g二水醋酸锌，向其中加入2～3mL二甲氧基乙醇和70～80mg乙醇胺，封口空气中搅拌10～15小时并陈化10～15小时得到ZnO溶胶-凝胶前驱液；在空气中将ZnO溶胶-凝胶前驱液旋涂在洁净的PET/ITO衬底上，2000～3000转每分条件下旋涂30～40秒，然后置于110～120℃热台上退火1～2小时，取出后转入氮气环境，从而在PET/ITO衬底上制得低温ZnO电子传输层，厚度为30～50纳米；3)在氮气环境中，于PET/ITO/ZnO表面滴加80～120微升浓度为0.05wt％～1.6wt％的PEI或PEIE溶液，3000～6000转每分旋涂20～30秒，在得到的PEI或PEIE表面滴加N,N-二甲基甲酰胺溶剂，静置2～4秒后再在2000～3000转每分条件下旋涂50～60秒以旋干残留的N,N...

【专利技术属性】
技术研发人员：温善鹏，王晨，王鸽，沈亮，郭文滨，董玮，周敬然，张歆东，阮圣平，刘彩霞，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22