一种阴极修饰层材料及其制备方法以及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阴极修饰层材料及其制备方法以及太阳能电池及其制备方法。该阴极修饰层材料的制备方法为：向4，6‑二氨基间苯二酚盐酸盐溶液中加入含有氨基的物质，待溶液颜色变紫时，停止加入，搅拌2～5h后即可，抽滤10～12h即可。本发明专利技术制备得到的阴极修饰层材料具备共轭结构，有着优良的电子传输能力，可对高功函金属或者ITO起到降低功函数的作用，提供欧姆接触。

A cathode modified layer material and its preparation method as well as solar cell and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种阴极修饰层材料及其制备方法以及太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于材料工程
，具体涉及一种阴极修饰层材料及其制备方法以及太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
当下发展清洁绿色能源一直是个研究的热点，有机太阳能电池由于其原料价格便宜、可制成柔性设备、重量轻、可溶液加工等优点吸引了众多科学界的目光。对于常规的有机太阳能电池，一般由ITO衬底、阳极(阴极)修饰层、光活性层、阴极(阳极)修饰层和金属电极构成，又可根据ITO用作阳极还是阴极，分为传统型和倒置型，其中倒置型相较于传统型拥有更好的空气稳定性和光吸收能力，因此更多的在商业生产中被采用。在倒置型有机太阳能电池中，采用的阴极界面修饰层材料一般可分为无机材料和有机材料。对于无机材料，ZnO是当中最有代表性的一员，但是ZnO这类金属氧化物通常需要高温退火处理，这与商业中使用的柔性塑料基板的典型印刷工艺不相符，另外金属氧化物有着同样的通病，与有机层间存在着不良界面接触，影响了电极对电荷载流子的收集，限制了器件效率的进一步提升。对于有机材料，它们虽然拥有着能在低温下溶液加工的特点，但是这类材料大多对薄膜厚度十分敏感，一般厚度在5～20nm，这限制了其在卷对卷加工的应用，不利于大规模的加工生产。因此本领域尚缺乏对于厚度不敏感、可低温溶剂加工的阴极界面修饰层材料。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供一种阴极修饰层材料及其制备方法以及太阳能电池及其制备方法，该阴极修饰层材料能显著提高有机太阳能电池性能，有着出色的导电性和溶解能力，表现出对厚度的不敏感。为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种阴极修饰层材料，该修饰层材料的分子结构式为：其中，R1为苯基、邻甲苯基、1-萘基(或α-萘基)、2-萘基、甲氧基团、C1-C60的直链烷基或C1-C60的支链烷基；R2为苯基、邻甲苯基、1-萘基(或α-萘基)、2-萘基、甲氧基团、C1-C60的直链烷基或C1-C60的支链烷基；R1和R2可以相同也可以不同。制备上述阴极修饰层材料的方法，包括以下步骤：向4，6-二氨基间苯二酚盐酸盐溶液中加入含有氨基的物质，在常温下反应，待反应溶液颜色变紫时，停止加入，搅拌2～5h后即可。进一步地，含有氨基的物质为甲氧基丙胺、甲胺、2-氨基联苯、正丁胺、乙胺、4-氨基对三联苯、苯甲胺、苯胺、3-丙胺或3-(甲硫基)丙胺。进一步地，含有氨基的物质为3-(甲硫基)丙胺。进一步地，搅拌时间为2h。一种太阳能电池，包括衬底、阴极修饰层材料、活性层、MoO3以及金属电极。利用上述阴极修饰层材料制备太阳能电池的方法，包括以下步骤：(1)超声清洁衬底10～15min，吹干后，再用紫外臭氧处理20～30min后，将所述的阴极修饰层材料溶解，然后以2500～4000r/min的速度旋涂于处理后的衬底表面，旋涂30～60s；(2)然后在阴极修饰层材料上继续以900～1700r/min的速度旋涂活性层，旋涂1～2min后，将其置于5～8×10-5Pa的环境中，在活性层上依次蒸镀MoO3层和Ag电极即可。进一步地，步骤(1)中衬底为氧化铟锡导电玻璃衬底，其厚度为135nm。进一步地，步骤(2)中活性层厚度为100～200nm，其包括摩尔比为1:1～2的电子受体材料和聚合物给体材料。进一步地，聚合物给体材料为P3HT或PTB7-Th。进一步地，电子受体材料为PC61BM、PC71BM或ITIC。进一步地，步骤(2)中MoO3层的厚度为5～10nm；Ag电极厚度为120nm。上述方法制备得到的太阳能电池。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术制备得到的阴极修饰层材料具备共轭结构，有着优良的电子传输能力，可对高功函金属或者ITO起到降低功函数的作用，提供欧姆接触。2、本专利技术制备得到的阴极修饰层材料在厚度发生改变时，器件效率没有明显的降低，在这种厚度下依旧保持了良好性能的阴极界面修饰层材料，能够适用于廉价的大规模大面积生产中，这对有机太阳能电池未来产业化有着重大的意义。说明书附图图1为制备得到的太阳能电池结构示意图；图2为实施例1的电压-电流检测结果图；图3为实施例2的电压-电流检测结果图；图4为实施例3的电压-电流检测结果图；图5为实施例4的电压-电流检测结果图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。实施例1一种阴极修饰层材料(ZW-Bu)，其分子结构式如下：该阴极修饰层材料的制备方法，包括以下步骤：在室温的条件下，加水溶解将4,6-二氨基间苯二酚盐酸盐，然后加入正丁胺，发现溶液颜色变为紫色时，停止加入，并搅拌2h，然后用漏斗过滤后，再用机械泵抽滤12h即可。利用上述制备得到的阴极修饰层材料来制备太阳能电池，具体过程如下：(1)选取若干同批次，尺寸为15mm×15mm，电阻为20欧，ITO厚度为135nm的ITO导电玻璃作为衬底，再依次用洗涤剂、丙酮、异丙醇、乙醇分别超声清洗15min，清洁ITO表面，随后用氮气吹干，再置于紫外臭氧环境下处理20min，改变ITO表面的亲水性；(2)用甲醇溶解阴极修饰层材料，调节其浓度为3mg/mL，然后以2500rpm/min的速度将其旋涂于经步骤(1)处理后的衬底上，旋涂30s即可；(3)然后在阴极修饰层材料上继续以900r/min的速度旋涂摩尔比为1:1、用二氯苯溶解、总浓度为40mg/mL的P3HT和PC61BM混合溶液，旋涂1min，形成活性层；(4)活性层制备结束后，将其置于5×10-5Pa的高真空蒸镀仓中，在活性层上依次蒸镀厚度为10nm的MoO3层和厚度为120nm的Ag电极，即可制备得到倒置型有机太阳能电池。再根据上述制备太阳能电池的方法，以ZnO作为阴极修饰层材料来制备太阳能电池，作为对照组，然后在AM1.5G的模拟太阳光照射下进行测试，其性能参数结果见表1，电压-电流曲线见图2；表1性能参数检测由表1和图2的检测结果可知，采用ZW-Bu作为阴极界面修饰层相较于ZnO作为阴极界面修饰层，器件在填充因子，能量转换效率上都有显著的提高。实施例2一种阴极修饰层材料(ZW-Bu)，其分子结构式如下：该阴极修饰层材料的制备方法，包括以下步骤：在室温的条件下，加水溶解将4,6-二氨基间苯二酚盐酸盐，然后加入正丁胺，发现溶液颜色变为紫色时，停止加入，并搅拌3h，然后用漏斗过滤后，再用机械泵抽滤10h即可。利用上述制备得到的阴极修饰层材料来制备太阳能电池，具体过程如下：(1)选取若干同批次，尺寸为15mm×15mm，电阻为20欧，ITO厚度为135nm的ITO导电玻璃作为衬底，再依次用洗涤剂、丙酮、异丙醇、乙醇分别超声处理15min，清洁ITO表面，随后用氮气吹干，再置于紫外臭氧条件下处理20min，改变ITO表面的亲水性；(2)用甲醇溶解阴极修饰层材料，调节其浓度为3mg/mL，然后以3000r/min的速度将其旋涂于经步骤(1)处理后的衬底上，旋涂30s即可；(3)然后在阴极修饰层材料上继续以1000本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阴极修饰层材料，其特征在于，该材料的分子结构式为：

【技术特征摘要】
1.一种阴极修饰层材料，其特征在于，该材料的分子结构式为：所述R1为苯基、邻甲苯基、1-萘基、α-萘基、2-萘基、甲氧基团、C1-C60的直链烷基或C1-C60的支链烷基；R2为苯基、邻甲苯基、1-萘基、α-萘基、2-萘基、甲氧基团、C1-C60的直链烷基或C1-C60的支链烷基。2.一种制备权利要求1所述阴极修饰层材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：向4，6-二氨基间苯二酚盐酸盐溶液中加入含有氨基的物质，在常温下反应，待反应溶液颜色变紫时，停止加入，搅拌2～5h后即可。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述含有氨基的物质为甲氧基丙胺、甲胺、2-氨基联苯、乙胺、4-氨基对三联苯、苯甲胺、正丁胺、苯胺、3-丙胺或3-(甲硫基)丙胺。4.一种利用权利要求1所述阴极修饰层材料制备太阳能电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)超声清洁衬底10～15min，吹干后，再用紫外臭氧处理20～30min后，将所述的阴极修饰层材料溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑永豪，林奕玮，刘晓东，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51