采用气溶胶喷射印刷制造有机光伏电池的光活性层的方法技术

披露了一种采用气溶胶喷射印刷制造有机光伏电池的光活性层的方法。所述有机光伏电池的光活性层具有高的结晶度并且很容易形成为多层结构，因此简化了制造有机光伏电池的过程。包括光活性层的该有机光伏电池的太阳能转换效率增大，因此便于产生环保能量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及采用气溶胶喷射印刷工艺制造有机光伏电池(organicphotovoltaic cell)的光活性层的方法。
技术介绍
虽然普通无机半导体材料的性能良好并且可靠，但是，因为有机半导体材料能 够实现简单的制造过程，能够节约器件制造成本，并且便于通过对有机物质进行简单结 构改变来开发出具有优异性能的材料，因此普通无机半导体材料正在被有机半导体材料 所替代。有机半导体材料的技术应用的示例包括有机光伏电池。光伏电池基本上由半导体层和电极构成。当外部光入射到光伏电池上时，在半 导体层中产生电子和空穴，并且这些电荷分别朝着相应的极(pole)P和N运动，因此在极 P和N之间产生电位差。此时，负载被连接至光伏电池使电流流动，从而产生电。当将有机半导体材料应用于光伏电池时，有利的是，代替普通的在高真空下溅 射的方法，可以采用例如旋转涂敷等溶液方法来容易地制造该器件。在1995年，FredWudl的团队报道了 {6}-1_(3_(甲氧基羰基)丙基)-{5}-1_苯 基C61，该物质为被称为PCBM的亚甲基富勒烯衍生物(J.org.Chem.，1995，60， 532)。可以通过将PCBM与诸如MEH-PPV、MDMO-PPV和P3HT等供体聚合物混合 来将PCBM用于有机光伏电池。最初，为了制造出该器件，按照以大约1 3的比例与 PPV衍生物混合的方式使用PCBM。根据近来的报道，将PCBM与P3HT混合来制造器 件，然后将器件在高温下热处理，或者在制造薄的有机膜时控制溶剂的蒸发速度，从而 得到具有4%以上的高的能量转换效率的光伏器件。但是，采用这种后处理难以确保可再现性。在该器件受到高温的情况下，有机 膜的结构改变，从而对效率或其它器件性能造成负面影响。另外，采用有机半导体材料在有机光伏器件中形成活性层的工艺的典型示例包 括旋转涂敷、丝网印刷和喷墨印刷，从而能够容易地形成具有较大面积的层。美国Arizona大学的G.E.Jabbour教授领导的研究组在2001年报道了一种有机 光伏器件，它是通过采用MDMO-PPV:PCBM的混合物利用丝网印刷制造的，并且在 27mW/cm2的488nm单色激光下具有4.3%的能量转换效率，但这种方式的问题在于仅 在单色激光下能获得上述效率，而采用AM 1.5G的实际光源导致效率非常低(Appl.Phys. Lett., 79，2996(2001)) ο在2005年，日本的Matsushita有限公司通过用MDMO_PPV:PCBM进行丝网 印刷制造出能量转换效率为1.8 2.4%的有机光伏器件(IEEEPhotovoltaic Specialists Conference, 31st，125(2005))，并且还有在2007年F.C.ICrebs 的团队通过MDMO-PPV的旋转涂敷和C6tl的真空蒸发制造出面积为655.2cm2的大面积柔性有机光伏电池，但是其能量转换效率为0.0002%，这被认为非常低。在2007年12月的Adv.Mater.期刊中，C.J.Brabec报道了一种通过喷墨印刷形成薄的有机半导体膜而形成的能量转换效率为2.9%的有机光伏电池，但是该器件不 够好，因为在采用喷墨印刷形成多层结构的情况下，会出现层间混合(Adv.Mater.19， 3973-3978(2007))。另外，气溶胶喷射印刷方法主要按照这样的方式应用采用超声波或迅速喷射 的载气使金属墨雾化，将它印刷在弯曲基板上，然后采用激光烧结，从而形成高导电性 电线(美国专利 Νο.7,270,844 和 Νο.7,294,366)。根据诸如旋转涂敷或用于将液相墨水印刷在基板上的印刷方法等普通的溶液方 法，在形成有机膜然后通过点滴在其上形成液相墨水层时，下面的有机膜会受到损坏， 因而不可能实现多层的器件，另外，所得到的器件的性能比通过真空蒸发制造出的多层 器件差。因此，为了解决上面的问题，本专利技术人已经采用了气溶胶喷射印刷，使在气溶 胶喷射器中形成的尺寸为μm级以下的雾状墨水喷射到基板或有机膜表面上，由此实现 具有多层结构的光活性层，同时下面的有机膜不会受到破坏，因此确信通过本专利技术方法 制造出的包括光活性层的有机光伏电池的太阳能转换效率增大，由此完成了本专利技术
技术实现思路
技术问题因此，本专利技术提供一种采用气溶胶喷射印刷制造有机光伏电池的光活性层的方 法，该方法能够增大光活性层的结晶度并且便于使光活性层形成多层结构。技术方案根据本专利技术，提供一种。有益效果根据本专利技术，该有机光伏电池的光活性层可以具有高的结晶度，并且能够很容 易形成为多层结构，因此简化了制造该有机光伏电池的过程。另外，能够提高包括光活 性层的该有机光伏电池的太阳能转换效率，因此能够产生环保能量。附图说明图1为显示出普通ρ型和η型有机半导体材料的结构的图。图2为显示出采用了超声波的气溶胶喷射系统的示意图。图3为显示出采用了气动过程的气溶胶喷射系统的示意图。图4为本专利技术实施例的I-V曲线图。图5 图10为显示出包括采用气溶胶喷射印刷形成的光活性层的有机光伏电池 的结构的示意图。1 基板2:透明导电氧化物层3 空穴注入层4 有机光活性层(供体和受体的混合物层)5 电极层6有机光活性层(供体层)7 有机光活性层(受体层)8 空穴-电子复合层具体实施例方式下面将对本专利技术给出详细说明。本专利技术提供一种，该 方法包括如下步骤制备用于有机光伏电池的光活性溶液(步骤1)；使在步骤1中制 备的光活性溶液雾化并将它输送到气溶胶喷嘴(步骤2)；将在步骤2中雾化并输送到 气溶胶喷嘴的雾状的该光活性溶液喷射到透明电极上，由此引起自发结晶(spontaneous crystallization),从而形成光活性层(步骤3)；以及视需要，对在步骤3中沉积的光活性 层进行烧结(步骤4)。具体地说，下面逐步说明本专利技术的方法。在制造本专利技术的有机光伏电池的光活性层的方法中，步骤1为制备用于有机光 伏电池的光活性溶液的过程。光活性溶液被涂敷在电极上以形成有机光伏电池的光活性层，并且该光活性溶 液是通过将电子供体和电子受体溶解在有机溶剂中获得的。电子供体包括带隙为2.5-1.4eV的ρ型有机半导体材料，并且该ρ型有机半导体 材料选自聚(MEH-PPV)、聚(MDMO-PPV)、聚(3-己基噻吩)(Ρ3ΗΤ) 以及它们的混合物。电子受体包括富勒烯或其衍生物，并且优选示例包括苯基-C61-丁酸甲酯 (phenyl-C61-butyric acid methyl ester, PCBM)、其衍生物和它们的混合物。在本专利技术中，有机溶剂选自苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、二氯甲烷、三氯甲 烷、二氯乙烷、三氯乙烷、四氯乙烷、二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、氯苯、邻二氯 苯和它们的混合物，但是只要能够溶解电子供体或电子受体，本专利技术的有机溶剂不限于 上述示例。本专利技术的光活性溶液中的供体和受体的量优选设定为0.1 2.5wt%。如果该量 超过2.5wt%，则溶液的配方是有问题的。相反，如果该量小于0.5wt%，则该光伏电池 的能量转换效率降低。加入到有机溶剂中的电子供体和电子受体以1 0.3 1 5的重量比混合。该 混合比根据电子供体的类型而改变。在电子供体为例如P3HT等聚合物的情况下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用气溶胶喷射印刷制造有机光伏电池的光活性层的方法，所述方法包括如下步骤：　　步骤１：制备用于所述有机光伏电池的光活性溶液；　　步骤２：使在步骤１中制备的所述光活性溶液雾化并将它输送到气溶胶喷嘴；和　　步骤３：将在步骤２中雾化并输送到所述气溶胶喷嘴的雾状的所述光活性溶液喷射到透明电极上，由此引起自发结晶，从而形成光活性层；以及　　步骤４：视需要，对在步骤３中沉积的所述光活性层进行烧结。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹成哲，李学成，李昌珍，林钟善，姜英求，
申请(专利权)人：韩国化学研究院，
类型：发明
国别省市：KR