一种基于溶液法沉积双空穴传输层的倒装有机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基于溶液法沉积双空穴传输层的倒装有机太阳能电池及其制备方法。所述倒装有机太阳能电池包括从下至上依次设置的透明导电衬底、电子传输层、活性层、双空穴传输层和金属电极层；其中，所述双空穴传输层为包括沉积于活性层上的PEDOT：PSS层，和沉积于PEDOT：PSS层上的NiOx层。本发明专利技术将PEDOT：PSS溶液改性并于有机活性层上旋涂成膜，再将稀释后的NiOx纳米颗粒溶液旋涂于PEDOT：PSS层上得到双空穴传输层(PEDOT：PSS层+NiOx层)，该双空穴传输层由溶液法制备，更适合未来大面积印刷生产有机太阳能电池，且采用该双空穴传输层的倒装有机太阳能电池有较高的能量转化效率。装有机太阳能电池有较高的能量转化效率。装有机太阳能电池有较高的能量转化效率。

A flip chip organic solar cell based on double hole transport layer deposited by solution method and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种基于溶液法沉积双空穴传输层的倒装有机太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及有机光电器件
，具体涉及一种基于溶液法沉积双空穴传输层的倒装有机太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着不可再生能源的日渐枯竭，以及人类对能源需求的不断提高，能源问题越来越成为人类关注的对象，清洁的可再生能源也成为解决能源问题的重要一环。太阳能是一种环保的可再生能源，通过太阳能电池能将太阳能转化为可利用的电能，与传统的硅基太阳能电池相比，有机太阳能电池具有质量轻、可溶液加工和半透明性等优点，并且可以制备成柔性的大面积太阳能电池，因此，有机太阳能电池拥有更广阔的应用领域和更深远的发展前景。目前，单节有机太阳能电池效率最高已经可以达到18％以上了，很有希望进一步发展，从而实现有机太阳能电池的工业化生产。
[0003]目前的高效有机太阳能电池大多停留在实验室制备阶段，溶液加工法制备有机太阳能电池的工艺尚未成熟，从而导致有机太阳能电池的制备成本依然比较高，并且制备工序较为复杂，这些都阻碍了有机太阳能电池的发展与应用。目前，在有机太阳能电池正装结构中PEDOT：PSS作为空穴传输层直接与ITO 接触，而据文献中报道，PEDOT：PSS为酸性且会腐蚀ITO从而影响器件的稳定性，为了弥补稳定性的不足，人们常采用制备倒装结构的器件。然而，有机太阳能电池采用的倒装结构中，由于PEDOT：PSS为水溶液，无法使其在油性的有机活性层上铺展成膜。因此，开发PEDOT：PSS这一优良的空穴传输层材料并使其能在有机活性层上成膜，并提供一个可溶液加工且性能较好的空穴传输层制备方案是十分必要的。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术上的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种基于溶液法沉积双空穴传输层的倒装有机太阳能电池及其制备方法。本专利技术主要解决溶液法制备空穴传输层的问题并优化空穴传输层，并使电池能保持较高的能量转化效率。
[0005]本专利技术的目的通过如下技术方案实现。
[0006]一种基于溶液法沉积双空穴传输层的倒装有机太阳能电池，包括从下至上依次设置的透明导电衬底、电子传输层、活性层、双空穴传输层和金属电极层；其中，所述双空穴传输层为包括沉积于活性层上的PEDOT：PSS层，和沉积于PEDOT：PSS层上的NiOx层。
[0007]优选的，所述透明导电衬底为ITO覆盖的导电玻璃片；
[0008]优选的，所述电子传输层为ZnO层，厚度为30
‑
40nm；
[0009]优选的，所述活性层为给体材料PBDB
‑
T
‑
2F与受体材料BTP
‑
eC9的混合物，厚度为100
‑
110nm，所述给体材料与受体材料混合的质量比为1：1.2
‑
1.3；
[0010]优选的，所述PEDOT：PSS层的厚度为10
‑
12nm；
[0011]优选的，NiOx层的厚度为3
‑
6nm；
[0012]优选的，所述金属电极层为银，厚度为100
‑
120nm。
[0013]上述一种基于溶液法沉积双空穴传输层的倒装有机太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0014](1)清洗透明导电衬底干燥；
[0015](2)将电子传输材料前驱液旋涂于透明导电衬底上，转速为3000
‑
4000rpm，然后于190
‑
210℃条件下退火处理30
‑
60min，得到电子传输层；
[0016](3)将活性层材料溶于氯苯中，并于50
‑
70℃，磁子的搅拌速率为150
‑
200转 /分钟的条件下搅拌8
‑
10小时，配制成活性层材料溶液，然后将该活性层材料溶液以2000
‑
2500转/分钟的速率旋涂在电子传输层上，然后于100
‑
110℃退火，退火时间为10
‑
12分钟，得到活性层；
[0017](4)在活性层上旋涂改性PEDOT：PSS溶液，转速为2500
‑
3000rpm，旋涂时间为30
‑
40s，得到PEDOT：PSS层；
[0018](5)在PEDOT：PSS层上旋涂NiOx纳米颗粒溶液，形成NiOx层，转速为 2500
‑
3000rpm，旋涂时间为30
‑
40s；然后进行高温退火，得到NiOx层，PEDOT： PSS层与NiOx层构成双空穴传输层；
[0019](6)在NiOx层上蒸镀银作为金属电极层。
[0020]优选的，步骤(2)所述电子传输材料前驱液为ZnO前驱液；进一步优选的，所述ZnO前驱液的制备方法为：将醋酸锌颗粒溶解于单甲醚溶液，然后加入乙醇胺，其中醋酸锌、单甲醚、乙醇胺三者的比例为1：9
‑
11：0.276
‑
0.280 (g：mL：mL)，然后于常温下搅拌12
‑
16小时，搅拌转速为150
‑
200转/分钟。更优选的，所述醋酸锌、单甲醚、乙醇胺三者的比例为1：10：0.276
‑
0.280(g： mL：mL)。
[0021]优选的，步骤(3)所述活性层材料溶液中活性层材料的浓度为 17.5
‑
18mg/mL。
[0022]优选的，步骤(4)所述改性PEDOT：PSS溶液的制备方法为：将PEDOT： PSS与异丙醇混合超声分散15
‑
20min，然后加入正丁醇，继续超声分散15
‑
20min，得到改性PEDOT：PSS溶液。
[0023]进一步优选的，所述PEDOT：PSS、异丙醇和正丁醇的体积比为1：1.5
‑
2.5： 0.5
‑
1.5；所述PEDOT：PSS为Clevios P VP AI 4083。更优选的，所述PEDOT：PSS、异丙醇和正丁醇的体积比为1：2：1。
[0024]优选的，步骤(5)所述NiOx纳米颗粒溶液制备方法为：将Ni(NO3)2·
6H2O 分散于水中，然后加入NaOH溶液，将溶液酸碱度调至9
‑
11，搅拌后，用去离子水洗涤，烘干、煅烧得到黑色NiOx粉末；再将其分散在乙醇溶液中，超声波分散8
‑
10小时，得到NiOx溶液；再将NiOx溶液与异丙醇溶液按一定比例混合，超声波分散2
‑
5小时得到稀释后的NiOx纳米颗粒溶液，浓度范围为 3.5
‑
7.5mg/mL。
[0025]进一步优选的，所述Ni(NO3)2·
6H2O与水的摩尔体积比为0.5
‑
1.5：200 mol/mL；所述NaOH溶液的浓度为9
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于溶液法沉积双空穴传输层的倒装有机太阳能电池，其特征在于，包括从下至上依次设置的透明导电衬底、电子传输层、活性层、双空穴传输层和金属电极层；其中，所述双空穴传输层为包括沉积于活性层上的PEDOT：PSS层，和沉积于PEDOT：PSS层上的NiOx层。2.根据权利要求1所述一种基于溶液法沉积双空穴传输层的倒装有机太阳能电池，其特征在于，所述透明导电衬底为ITO覆盖的导电玻璃片；所述电子传输层为ZnO层，厚度为30
‑
40nm；所述活性层为给体材料PBDB
‑
T
‑
2F与受体材料BTP
‑
eC9的混合物，厚度为100
‑
110nm，所述给体材料与受体材料混合的质量比为1：1.2
‑
1.3；所述PEDOT：PSS层的厚度为10
‑
12nm，NiOx层的厚度为3
‑
6nm；所述金属电极层为银，厚度为100
‑
120nm。3.权利要求1或2所述一种基于溶液法沉积双空穴传输层的倒装有机太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)清洗透明导电衬底干燥；(2)将电子传输材料前驱液旋涂于透明导电衬底上，转速为3000
‑
4000rpm，然后于190
‑
210℃条件下退火处理30
‑
60min，得到电子传输层；(3)将活性层材料溶于氯苯中，并于50
‑
70℃，磁子的搅拌速率为150
‑
200转/分钟的条件下搅拌8
‑
10小时，配制成活性层材料溶液，然后将该活性层材料溶液以2000
‑
2500转/分钟的速率旋涂在电子传输层上，然后于100
‑
110℃退火，退火时间为10
‑
12分钟，得到活性层；(4)在活性层上旋涂改性PEDOT：PSS溶液，转速为2500
‑
3000rpm，旋涂时间为30
‑
40s，得到PEDOT：PSS层；(5)在PEDOT：PSS层上旋涂NiOx纳米颗粒溶液，形成NiOx层，转速为2500
‑
3000rpm，旋涂时间为30
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40s；然后进行高温退火，得到NiOx层，PEDOT：PSS层与NiOx层构成双空穴传输层；(6)在NiOx层上蒸镀银作为金属电极层。4.根据权利要求3所述一种基于溶液法沉积双空穴传输层的倒装有机太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述电子传输材料前驱液为ZnO前驱液；所述ZnO前驱液的制备方法为：将醋酸锌颗粒溶解于单甲醚溶液，然后加入乙醇胺，其中醋酸锌、单甲醚、乙醇胺三者的比例为1：9
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，韦拢，叶轩立，陈震，张桂传，薛启帆，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：