一种基于无机金属盐界面材料的复合电极及有机太阳电池制造技术

本发明专利技术公开了一种基于无机金属盐界面材料的复合电极及有机太阳电池，属于能源材料领域。本发明专利技术的界面修饰材料三氯化铟InCl3通过NH4Cl粉末和氧化铟锡粉末一步合成得到。该界面修饰材料通过化学

【技术实现步骤摘要】
一种基于无机金属盐界面材料的复合电极及有机太阳电池


[0001]本专利技术属于能源材料领域，尤其涉及一种基于无机金属盐界面材料的复合电极及有机太阳电池。

技术介绍

[0002]太阳能电池是将太阳能高效转化为电能的半导体功能器件，受到学术界和产业界的广泛关注。近年来有机太阳电池发展迅速，光电转换效率已经超过19％(Sun,R.；Min,J.,et al.Adv.Mater.2022,doi:10.1002/adma.202110147.；Zhan,L.；Chen,H.,et al.Adv.Energy Mater.2022,doi:10.1002/aenm.202201076.；He,C.；Chen,H.,et al.Energy Environ.Sci.2022,doi:10.1039/D2EE00595F.)。在有机太阳电池中，目前使用的阳极界面修饰材料局限于导电聚合物PEDOT:PSS等，然而，PEDOT:PSS具有较强的酸性和吸湿性；同时，PEDOT:PSS由于两相间具有极性差异，易发生热致相分离，严重影响有机太阳能电池的稳定性。
[0003]因此，开发高热稳定性的新型界面修饰材料，提高界面处载流子的提取能力，提高器件稳定性对于器件性能的提升起到至关重要的作用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术不足，并提供一种基于无机金属盐界面材料的复合电极及有机太阳电池。该无机金属盐界面材料用于通过化学取代和低温结晶协同作用修饰透明电极表面。
[0005]本专利技术所采用的具体技术方案如下：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种基于无机金属盐界面材料的复合电极的制备方法，具体方法如下：
[0007]将具有路易斯酸性的无机金属盐小分子分散于分散剂中制备得到分散液；将所述分散液作为无机金属盐界面修饰层，通过旋涂、刮涂或浸涂手段涂覆于透明电极层表面，形成稳定修饰层，得到修饰后的复合电极；所述无机金属盐小分子为三氯化铟。
[0008]作为优选，上述三氯化铟的制备方法如下：
[0009]将氧化铟锡和氯化铵混合均匀后置于热解设备中，进行热解反应；将热解产物溶于水中，得到第一溶液；用孔径为0.1μm的尼龙微滤膜过滤所述第一溶液，得到滤液；向所述滤液中加入氢氧化钠溶液调节pH直至出现沉淀后，采用孔径为0.1μm的尼龙微滤膜分离得到滤膜上的固体；将所述固体洗涤后干燥，加入稀盐酸溶解，得到第二溶液；将所述第二溶液蒸发结晶，得到无机金属盐界面材料三氯化铟。
[0010]作为优选，上述氧化铟锡和氯化铵混合的摩尔当量比为1:(5～20)；优选的，氧化铟锡和氯化铵混合的摩尔当量比为1:20。
[0011]作为优选，上述热解设备为管式炉；所述热解反应在氮气环境下进行，氮气流速为300mL/min，热解温度为400℃，反应时间为30min。
[0012]作为优选，上述氢氧化钠溶液的浓度为0.1M，调节pH的范围为6.0～9.0。
[0013]作为优选，上述透明电极层的材料为氧化铟锡、氟掺氧化锡、银、铜或金中的一种；所述透明电极层的厚度为1
‑
500nm。
[0014]第二方面，本专利技术提供一种利用第一方面所述的方法制备的基于无机金属盐界面材料的复合电极。
[0015]第三方面，本专利技术提供一种有机太阳电池，包括由下至上依次层状排布的基底、透明电极层、无机金属盐界面修饰层、活性层、电子传输层和金属电极层。其中无机金属盐界面修饰层和透明电极层由第二方面所述的基于无机金属盐界面材料的复合电极共同构成。
[0016]作为优选，上述基底的材料为玻璃、石英、柔性PET或柔性PEN中的一种。
[0017]作为优选，上述活性层为有机电子给体材料和有机电子受体材料的共混膜；所述有机电子给体材料为PM6；所述有机电子受体材料为Y6或L8
‑
BO。
[0018]作为优选，上述电子传输层为Bis
‑
FIMG、PFNBr、PDINN或ZnO中的一种。上述金属电极层的材料为银、铝、镁、铜、金、氧化铟锡或氟掺氧化锡中的一种，金属电极层的厚度为1
‑
300nm。
[0019]本专利技术相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
[0020]本专利技术利用一步简单合成方法，利用废弃电子材料制备了InCl3无机金属盐小分子界面修饰材料。通过调节表面氯含量，在ITO表面可以形成不同的界面偶极，改变ITO的能级排布。以修饰过的ITO作为有机太阳电池的阳极时，可有效提高有机太阳电池的性能。修饰可以提升ITO的功函，使ITO的导带与有机聚合物给体的HOMO能级更加匹配，降低空穴传输势垒，提高了界面处载流子的提取率，减少载流子的复合。
[0021]本专利技术中将InCl3应用到PM6/Y6光活性层体系时，器件效率由16.88％提高至17.51％；应用于PM6/L8
‑
BO体系时，器件效率由18.39％提升至18.92％，且基于这一体系的组件效率可达到15.20％。此外，该界面修饰材料还表现出理想的热稳定性，利用该材料修饰后的电极在热应力连续作用1080h后制备的器件效率仍可保持在初始值的90％以上(经模拟计算，效率下降至80％的时间T
80
可长达9936h)。
附图说明
[0022]图1为本专利技术提供的有机太阳电池的结构示意图；
[0023]图2为实施例3和对比例1所得有机太阳电池的电流
‑
电压曲线；
[0024]图3为实施例4和对比例2所得有机太阳电池的电流
‑
电压曲线；
[0025]图4为实施例5所得有机太阳电池组件的电流
‑
电压和输出功率
‑
电压曲线；
[0026]图5为实施例6和对比例3所得电极的热稳定性曲线；
[0027]图中附图标记为：基底1、透明电极层2、无机金属盐界面修饰层3、活性层4、电子传输层5和金属电极层6。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步阐述和说明。本专利技术中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。各实施例中所采用的试剂，均可采用市售商品，没有特殊限制。
[0029]本专利技术采用无机金属氯化盐小分子(即InCl3)对金属氧化物电极进行修饰，以实现界面能级和形貌调控。将无机金属盐小分子界面修饰材料溶解于水中，充分搅拌，得到溶液。在有机太阳电池制备过程中，旋涂该溶液，并对其旋涂后的薄膜低温退火，以制备化学
‑
物理协同修饰空穴提取层。向有机太阳电池中引入该空穴提取层，实现了有机太阳电池的高效率，并提升了热稳定性。
[0030]实施例1：
[0031]本实施例制备得到了一种无机金属盐界面材料三氯化铟(InCl3)分子，制备方法具体如下：
[0032]在干燥的研钵中加入0.85g氧化铟锡(ITO)粉末和3.44g氯化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无机金属盐界面材料的复合电极的制备方法，其特征在于，具体方法如下：将具有路易斯酸性的无机金属盐小分子分散于分散剂中制备得到分散液；将所述分散液作为无机金属盐界面修饰层(3)，通过旋涂、刮涂或浸涂手段涂覆于透明电极层(2)表面，形成稳定修饰层，得到修饰后的复合电极；所述无机金属盐小分子为三氯化铟。2.根据权利要求1所述的基于无机金属盐界面材料的复合电极的制备方法，其特征在于，所述三氯化铟的制备方法如下：将氧化铟锡和氯化铵混合均匀后置于热解设备中，进行热解反应；将热解产物溶于水中，得到第一溶液；用孔径为0.1μm的尼龙微滤膜过滤所述第一溶液，得到滤液；向所述滤液中加入氢氧化钠溶液调节pH直至出现沉淀后，采用孔径为0.1μm的尼龙微滤膜分离得到滤膜上的固体；将所述固体洗涤后干燥，加入稀盐酸溶解，得到第二溶液；将所述第二溶液蒸发结晶，得到无机金属盐界面材料三氯化铟。3.根据权利要求2所述的基于无机金属盐界面材料的复合电极的制备方法，其特征在于，所述氧化铟锡和氯化铵混合的摩尔当量比为1:(5～20)；优选的，氧化铟锡和氯化铵混合的摩尔当量比为1:20。4.根据权利要求2所述的基于无机金属盐界面材料的复合电极的制备方法，其特征在于，所述热解设备为管式炉；所述热解反应在氮气环境下进行，氮气流速为300mL/min，热解温度为400℃，反应时间为30min。5.根据权利要求2所述的基于无机金属盐界面材料的复合电极的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昌治，项加乐，刘志玺，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：