一种以三氟乙酸铯为阴极修饰层的有机光伏电池，由透明导电衬底、阳极缓冲层、活性层、阴极修饰层和金属背电极依次叠加构成，阴极修饰层为三氟乙酸铯，厚度x为0.2nm≤x≤1nm；其制备方法是：在清洗干净的透明导电衬底上，采用旋涂法依次旋涂阳极缓冲层、活性层、阴极修饰层，最后采用热蒸镀法蒸镀金属背电极。本发明专利技术的优点是：通过溶液旋涂法旋涂三氟乙酸铯作为器件的阴极修饰层，使其分子的极性更强，更有利于电荷的分离及传输，可显著提高有机光伏电池器件的光电转化效率和稳定性；相对于无机氟化锂阴极修饰层，三氟乙酸铯作为阴极修饰层可以和活性层之间形成更好的界面接触；制备工艺简单、成本低、重现性好，适于工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及有机光电领域，特别是一种以三氟乙酸铯为阴极修饰层的有机光伏电池及其制备。
技术介绍
随着全球石油资源的日益耗尽，太阳能电池作为解决世界能源危机的一个可行的方法，太阳能的利用成为一个广泛研究的前沿性课题。因此，大力发展太阳电池产业，利用太阳光发电已经成为世界各国经济可持续发展的新能源战略。太阳能电池的研究与开发始终围绕以下两个关键问题而展开(I)提高光电转换效率及寿命(2)采用新型材料以降低成本。到目前为止，无机光伏电池在制备过程中所需的高温、高真空使得无机光伏电池的生产成本非常之高，这使得其应用受到很大的限制。有机光伏电池以其成本低、无毒、容易制 备、易于实现柔性器件、可以方便有效地改变有机材料的化学结构以控制最佳的能带、电荷迁移率、溶解度甚至取向程度来提高电池的效率等特点而成为近年来的研究热点。如果有机光伏电池的光电转换效率达到10 %，就有可能实现商业化生产。1995年，A.J. Heeger等提出了本体异质结(BHJ)的概念，大大提高了光伏电池给/受体异质结的接触面积。由于结构简单、容易制备而引起了人们的广泛关注。2005年，A.J. Heeger等通过热处理P3HT:PCBM活性层获得了 5 %的能量转换效率。2007年K. Lee等采用透明的TiOx作为级联材料叠层结构的电池效率达到6. 5%。2009年，美国Solarmer公司的候建辉博士制备的新型聚合物PBDTTT-C =PCBM单层器件效率达到了7.4%。2010年8月，进一步达到了 8. 13 %的效率。2010年10月，德国Heliatek宣布利用p-i-n掺杂技术制备的有机小分子叠层电池在I. Icm2面积的上实现了 8. 3%的转换效率。2010年11月，Konarka公司宣布lcm2单层聚合物器件获得了 8. 3 %的光电转换效率，参见http://www. konarka. com/index, php/site/pressreleasedetaiI/konarkaspower plastic achieves world record 83 efficiency certification fr。 2011 年 3月，日本三菱化学公司宣布该公司的有机光伏电池(基于苯并卩卜啉PCBM体系)在25mm2面积上获得了 9. 2%的光电转换效率。2011年12月，德国Heliatek公司研发的I. I cm2有机叠层光伏电池转化效率达到9. 8%,参见http://www. heliatek. com/wp-content/uploads/2011/12/1I1205 PI Heliatek-with~efficiency-record-for-organic-solar-cell EN. pdf o2012 年 2 月，美国 Polyera 公司(http: //www. polyera. com/newsflash/polyera-achieves-world-record-organic-solar-cel 1-performance)宣布其聚合物 / 富勒烯有机光伏电池都创造了 9.0%的转换效率。2012年2月，住友化学(Sumitomo Chemical)宣布和ULCA的Yang Yang教授成功将有机薄膜太阳能电池转换率提升至10. 6%。围绕着提高有机光伏电池的效率，从宽吸收、窄带隙聚合物的设计合成到器件结构的优化人们进行了大量的探索研究。要提高有机光伏电池的光电转换效率及稳定性，除了材料因素以外，器件的结构设计也是至关重要的。有机太阳能电池中提高效率的一个重要措施就是在铝阴极和活性层材料之间加入一薄层阴极修饰层。以此加强有机活性层材料和电极的能级匹配，优化活性层和电极之间的界面，提供通畅的载流子传输路径从而有利于电极对电荷的收集。研究表明阴极修饰层材料是提高光电转换效率、延长电池使用寿命的可行性途径之一。目前较为普遍的阴极修饰材料是金属氟化物。Brabec等研究了氟化锂(LiF)阴极修饰层对聚合物太阳能电池的影响(Brabec, C. J. ; Shaheen, S.E. ; Winder, C. ; Sariciftci, N. S. ; Denk, P. Appl. Phys. Lett. 2002，80，1288)。LiF 的插入增大了器件的填充因子、短路电流及能量转换效率，减小了器件的串联电阻。这是因为LiF本身是一种极性较强的离子化合物。它可能在界面上有序排列而形成一层界面偶极层，从而降低了金属的功函数，使得有机层与电极之间形成良好的欧姆接触。这样就降低了器件的串联电阻，增大了太阳电池的填充因子与短路电流。其他的修饰材料包括 TiOx (Hayakawa, A. ; Yoshikawa, O. ; Fujieda, T. ; Uehara, K. ; Yoshikawa, S. Appl. phys. Lett. 2007，90，163517),2,9- 二甲基-4，7- 二苯基-1,10-邻二氮杂菲(BCP，bathocproine) (Vogel, Μ. ; Doka, S. ; Breyer, C. ; Lux-Steiner, M. C. ; Fostiropoulos, Κ.Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 163501 )。这些无机物(LiF、Ti0x)成膜需要用到昂贵的电子束和真空蒸镀装置，方法较为复杂，膜厚不易精确控制。有机材料BCP需要通过真空蒸镀的方法成膜，而且膜厚和实验条件有关，真空蒸镀设备价格昂贵，无法大面积制备。从实用化的角度来看，不利于工业化批量生产。因此，寻找价格低廉的阴极修饰层材料或溶液可加工的阴极修饰层材料就成为了有机光伏电池制备中亟待解决的问题。最近，华南理工大学曹镛院士组通过在活性层电极界面引入带有极性基团的共轭聚合物薄层或电介质层，利用共轭聚合物在界面形成和器件的内建电场方向一致的电偶极矩或电介质层进而有效阻挡载流子反向传输，成功的实现了开路电压和填充因子的同时提高，获得了 8. 37%的光电转换效率。CN201010528725. X专利申请公开了一种以乙酸铯为阴极修饰层的有机光伏电池及其制备方法。乙酸铯作为器件阴极修饰材料具有相对于LiF低很多的熔点。从工艺上来说，选择乙酸铯作为阴极修饰缓冲材料在一定程度上可以降低成本、简化器件制作工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述技术分析和存在问题，提供一种以三氟乙酸铯为阴极修饰层的有机光伏电池及其制备方法，该有机光伏电池具有较高的光电转化效率和稳定性，制备条件简单，易于实施。本专利技术的技术方案一种以三氟乙酸铯为阴极修饰层的有机光伏电池，由透明导电衬底、阳极缓冲层PED0T:PSS、活性层、阴极修饰层和金属背电极依次叠加构成，所述透明导电衬底为带有ΙΤ0、FTO和AZO导电层的玻璃或者柔性衬底；活性层为P3HT:PCBM，厚度为80_100nm ;阴极修饰层为三氟乙酸铯，厚度X为0. 2nm ^ X ^ Inm ;金属背电极为Al,厚度为100nm。一种所述以三氟乙酸铯为阴极修饰层的有机光伏电池的制备方法，步骤如下I)将透明导电衬底在清洁剂中反复清洗后，再分别经异丙醇、丙本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种以三氟乙酸铯为阴极修饰层的有机光伏电池，其特征在于：由透明导电衬底、阳极缓冲层PEDOT:PSS、活性层、阴极修饰层和金属背电极依次叠加构成，所述透明导电衬底为带有ITO、FTO和AZO导电层的玻璃或者柔性衬底；活性层为P3HT:PCBM，厚度为80？100nm；阴极修饰层为三氟乙酸铯，厚度x为0.2nm≤x≤1nm；金属背电极为Al，厚度为100nm。
【技术特征摘要】
1.一种以三氟乙酸铯为阴极修饰层的有机光伏电池，其特征在于由透明导电衬底、阳极缓冲层PEDOT:PSS、活性层、阴极修饰层和金属背电极依次叠加构成，所述透明导电衬底为带有ITO、FTO和AZO导电层的玻璃或者柔性衬底；活性层为？3肌:？081，厚度为80-100nm ;阴极修饰层为三氟乙酸铯,厚度x为O. 2nm彡x彡Inm ;金属背电极为Al,厚度为lOOnm。2.一种如权利要求I所述以三氟乙酸铯为阴极修饰层的有机光伏电池的制备方法，其特征在于步骤如下 . 1)将透明导电衬底在清洁剂中反复清洗后...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨利营，印寿根，秦文静，贾月华，李彦芳，张凤玲，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：
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