一种基于双溶剂溶胶凝胶ZnO阴极缓冲层的有机太阳能电池制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于双溶剂溶胶凝胶ZnO阴极缓冲层的有机太阳能电池制备方法，ZnO阴极缓冲层的制备方法为：在室温条件下，将醋酸锌和乙醇胺溶于柠檬烯与二甲氧基乙醇的混合溶剂中充分溶解，然后在预处理过的玻璃基底上旋涂成膜，进行退火处理得到ZnO阴极缓冲层。该制备方法提高了阴极缓冲层的均匀性和致密性。

Preparation method of organic solar cell based on double solvent sol-gel ZnO cathode buffer layer

The invention relates to an organic solar cell preparation method based on a double solvent sol-gel ZnO cathode buffer layer. The preparation method of the ZnO cathode buffer layer is that the zinc acetate and ethanolamine are dissolved in the mixed solvent of limonene and two methoxy alcohol at room temperature, and then spin coating on the pretreated glass substrate and annealed to obtain the ZnO cathode. Blanking layer. The preparation method improves the uniformity and compactness of the cathode buffer layer.

【技术实现步骤摘要】
一种基于双溶剂溶胶凝胶ZnO阴极缓冲层的有机太阳能电池制备方法
本专利技术涉及有机半导体薄膜太阳能电池
，具体涉及一种基于双溶剂溶胶凝胶ZnO阴极缓冲层的有机太阳能电池制备方法。
技术介绍
现代社会的高速发展离不开能源，对能源的有效开采及利用成为亟待解决的问题。目前世界上使用的能源大多数来自于矿物燃料的开采，其中主要包括石油，天然气和煤等。可是一方面这些资源是不可再生的、有限的，另一方面化石能源的使用会造成很大的环境污染，所以寻找新的可替代能源就成了人类亟待解决的问题。考虑到太阳能具有取之不尽，用之不竭，没有污染的特点，各国科学家都将太阳能的开发和利用作为解决人类能源问题的突破口。现在，人类使用的太阳能电池根据器件活性层材料性质的不同可分为无机太阳能电池和有机太阳能电池。无机太阳能电池由于发展起步早，研究比较广泛，其在应用中占据了主导地位。但是无机太阳能电池本身有其不足之处，比如加工工艺非常复杂、材料要求苛刻、不易进行大面积柔性加工、某些材料具有毒性等，这些缺点限制了无机太阳电池的进一步发展。与无机太阳能电池相比，基于有机半导体材料的有机太阳能电池，不仅具有与无机太阳能电池相同的最高理论光电转换效率，而且还具有质量轻、可湿法成膜、能加工成特种形状、易制成柔性器件、甚至可以实现全塑料化等显著优势，目前已成为国内外研究的热点之一。有机太阳能电池一般采用反型结构，如图1所示，从下到上依次为：衬底、ITO透明导电阴极、阴极缓冲层、活性层、阳极缓冲层和金属阳极层。在研究有机太阳能电池光电效率的众多实验中，阴极缓冲层多采用溶胶凝胶ZnO薄膜。目前，在太阳能电池中采用旋涂工艺制备溶胶凝胶ZnO薄膜作为阴极缓冲层时，通常采用的溶剂为二甲氧基乙醇(C3H8O2)，再通过热退火来形成阴极缓冲层薄膜。采用以上传统方法制备成的ZnO阴极缓冲层存在一些缺陷：ZnO前驱体溶液在长时间搅拌制备过程中总会夹杂不少气泡，这些气泡不利于后续的旋涂成膜；同时，传统工艺成膜的ZnO颗粒之间的间隙较大，分散不均，容易形成缺陷，从而导致载流子的传输与分离受阻；进一步，退火形成的ZnO薄膜的界面较为粗糙，甚至有肉眼可见的小点，使得器件拥有较高的载流子复合几率及较大的界面接触电阻，这些都大大减低了器件捕获太阳光、传输光生载流子的能力，抑制了整个器件的性能。因此，研究如何优化制备溶胶凝胶ZnO薄膜工艺，进而制备均匀、致密的阴极缓冲层，是目前有机太阳能电池领域研究的重点及难点之一。
技术实现思路
针对
技术介绍
中提到的问题，本专利技术提出了一种基于双溶剂溶胶凝胶ZnO阴极缓冲层的有机太阳能电池制备方法，提高了阴极缓冲层的均匀性和致密性。为了实现上述目的，本专利技术提供一种基于双溶剂溶胶凝胶ZnO阴极缓冲层的有机太阳能电池制备方法，ZnO阴极缓冲层的制备方法为：在室温条件下，将醋酸锌和乙醇胺溶于柠檬烯与二甲氧基乙醇的混合溶剂中充分溶解，然后在预处理过的玻璃基底上旋涂成膜，进行退火处理得到ZnO阴极缓冲层。进一步的，一种基于双溶剂溶胶凝胶ZnO阴极缓冲层的有机太阳能电池制备方法，制备方法具体包括以下步骤：(1)对由透明衬底及ITO(氧化铟锡)透明导电阴极所组成的ITO(氧化铟锡)基板进行清洗，清洗后用氮气吹干，待用；(2)将醋酸锌和乙醇胺两种溶质在室温下溶于体积比为1∶1～1∶9的柠檬烯与二甲氧基乙醇混合溶剂中，经过2个小时室温搅拌充分溶解之后得到ZnO(氧化锌)前驱体溶液，将ZnO(氧化锌)前驱体溶液旋涂在步骤(1)的ITO(氧化铟锡)基板表面，进行热退火处理后得到ZnO(氧化锌)阴极缓冲层；(3)在进行步骤(2)的同时，配制电子给体材料PTB7与电子受体材料PC71BM的混合溶液，得到活性层溶液，在热台上充分溶解之后，采用旋涂工艺将活性层溶液旋涂在ZnO(氧化锌)阴极缓冲层表面，最后进行退火处理得到活性层；(4)在真空度为3×103Pa的条件下，在活性层表面蒸镀MoO3(三氧化钼)，得到阳极缓冲层；(5)在阳极缓冲层表面蒸镀金属阳极材料，得到金属阳极层，制作完成。进一步的，步骤(2)中的热退火处理采用恒温热台加热、烘箱加热、远红外加热、热风加热中的一种或多种。进一步的，步骤(3)中的活性层溶液由电子给体材料PTB7与电子受体材料PC71BM按照质量百分比为1∶5～5∶1溶于1ml氯苯中，浓度为10～30mg/ml。更进一步的，活性层溶液由电子给体材料PTB7与电子受体材料PC71BM按照质量百分比为1∶1溶于1ml氯苯中，浓度为10mg/ml，在混合溶液中加入30ul的DIO(3-十八烷基-2-[3-(3-十八烷基-2(3H)-苯并恶唑-2-亚基)-1-丙烯-1-基]苯并恶唑高氯酸盐)。进一步的，步骤(5)中的金属阳极材料为Ag、Al、Au中的一种或多种。进一步的，步骤(3)得到的活性层厚度为50～250nm，所述步骤4得到的阳极缓冲层厚度为10～20nm，所述步骤5得到的金属阳极层厚度为100～200nm。综上所述，本专利技术相较于现有技术的有益效果是：(1)本专利技术通过采用双溶剂溶胶凝胶ZnO制备有机太阳能电池的阴极缓冲层，由于在溶胶凝胶ZnO的溶液体系中引入了更亲和的柠檬烯溶剂，阴极缓冲层溶质能够溶解的更充分、更迅速，降低了时间成本；同时，由于柠檬烯(C10H16)和二甲氧基乙醇两种溶剂之间的相互作用，溶胶凝胶ZnO溶液中溶解的气泡会聚集后破碎逸出，避免了气泡在后续旋涂过程中对活性层成膜造成干扰，可使旋涂过程中无聚集效应。(2)本专利技术中将采用双溶剂溶解醋酸锌(Zn(CH3COO)2)和乙醇胺(C2H7NO)两种溶质得到前驱体溶液，旋涂在清洁处理过的带有ITO的玻璃基底表面，然后进行退火处理，形成颗粒均匀、致密、平整的阴极缓冲层薄膜，整个过程改善了阴极缓冲层形貌，降低了粗糙度，减少了成膜表面的缺陷，优化了ZnO阴极缓冲层与活性层之间的接触，降低了界面间的接触电阻，还提高了光生载流子的传输能力，提高了短路电流，最终提高了整个有机太阳能电池的性能。(3)本专利技术通过基于双溶剂溶胶凝胶ZnO阴极缓冲层制备有机太阳能电池，对于引入的第二种溶剂柠檬烯(C10H16)，其价格低廉、合成制备过程简单，更加有利于工业化生产。附图说明图1是有机太阳能电池的反型结构的结构示意图。图中标记为：1-衬底，2-透明导电阴极ITO，3-ZnO阴极缓冲层，4-活性层，5-阳极缓冲层，6-金属阳极层。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合图1和具体的实施例对本专利技术作进一步的详细说明。实施例1一种基于双溶剂溶胶凝胶ZnO阴极缓冲层的有机太阳能电池制备方法，制备方法具体包括以下步骤：(1)对由透明衬底及ITO(氧化铟锡)透明导电阴极所组成的ITO(氧化铟锡)基板进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双溶剂溶胶凝胶ZnO阴极缓冲层的有机太阳能电池制备方法，其特征在于，ZnO阴极缓冲层的制备方法为：在室温条件下，将醋酸锌和乙醇胺溶于柠檬烯与二甲氧基乙醇的混合溶剂中充分溶解，然后在预处理过的玻璃基底上旋涂成膜，进行退火处理得到ZnO阴极缓冲层。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于双溶剂溶胶凝胶ZnO阴极缓冲层的有机太阳能电池制备方法，其特征在于，ZnO阴极缓冲层的制备方法为：在室温条件下，将醋酸锌和乙醇胺溶于柠檬烯与二甲氧基乙醇的混合溶剂中充分溶解，然后在预处理过的玻璃基底上旋涂成膜，进行退火处理得到ZnO阴极缓冲层。


2.根据权利要求1所述的一种基于双溶剂溶胶凝胶ZnO阴极缓冲层的有机太阳能电池制备方法，其特征在于，制备方法具体包括以下步骤：
(1)对由透明衬底及ITO透明导电阴极所组成的ITO基板进行清洗，清洗后用氮气吹干，待用；
(2)将醋酸锌和乙醇胺两种溶质在室温下溶于体积比为1∶1～1∶9的柠檬烯与二甲氧基乙醇混合溶剂中，经过2个小时室温搅拌充分溶解之后得到ZnO前驱体溶液，将ZnO前驱体溶液旋涂在步骤(1)的ITO基板表面，进行热退火处理后得到ZnO阴极缓冲层；
(3)在进行步骤(2)的同时，配制电子给体材料PTB7与电子受体材料PC71BM的混合溶液，得到活性层溶液，在热台上充分溶解之后，采用旋涂工艺将活性层溶液旋涂在ZnO阴极缓冲层表面，最后进行退火处理得到活性层；
(4)在真空度为3×103pa的条件下，在活性层表面蒸镀MoO3，得到阳极缓冲层；
(5)在阳极缓冲层表面蒸镀金属阳极材料，得到金属阳极层，制作完成。


3.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：于军胜，刘德胜，韩于，范谱，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51