有机异质结太阳能电池的电活性层(4)与附加层(7)结合，以促进电活性层(4)中存在的p-型有机半导体材料与n-型碳质半导体材料之间的垂直偏集。附加层(7)与电活性层(4)直接接触。所述附加层(7)包含与所述n-型半导体碳质材料形成非共价相互作用的化合物。特别地，当电活性层(4)由P3HT:PCBM混合物制成时，所述化合物可以是P4VP。此外，所述附加层包含n-型半导体材料。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及本体(bulk)异质结有机太阳能电池。
技术介绍
有机电子器件例如有机晶体管(OFET)、有机发光二极管(OLED)、有机太阳能电池(0PV或有机光伏电池)的开发处于工业化或未工业化阶段。然而，活性材料以及器件结构仍然处于发展过程中，以符合允许拓宽这些技术的 应用领域的性能和寿命标准。特别地，希望设法改善当前器件的输出和稳定性。在一些情况下，有机电子器件的核心(core)包括电活性层，所述电活性层也称为活性层并且使用包含分别为η-型(电子受体)和P-型(电子给体)的至少两种半导体材料的混合物通过湿法形成。对于体相(volume)异质结有机太阳能电池(也称为“本体异质结OPV器件”)、发光二极管和双极性(ambipolar)有机晶体管，情况尤其如此。然而，活性层内η-型和ρ-型半导体材料的组织状态(organization)(其对应于活性层的形态)对于该电子器件的准确(proper)运行是最重要的。特别地，在本体异质结有机太阳能电池的情况下，形成电活性层的混合物的形态对于获得良好的电荷转移和输运以及因此高的转换效率是最重要的。作为例子，根据现有技术的具有标准结构的本体异质结有机太阳能电池示于图I中。该电池由相继包括如下的多层叠层(stack)制成一基底1，其由例如玻璃或塑料制成，—第一电极2，其例如为由氧化铟锡(ITO)制成的薄层，一空穴注入层3，其例如由聚(3，4-亚乙基二氧基噻吩)聚(苯乙烯磺酸)(称为PEDOT: PSS)制成，-电活性层4，其通过将P-型和η-型半导体有机材料混合(例如通过将Ρ3ΗΤ(聚(3-己基噻吩))和PCBM([6，6]_苯基-C61-丁酸甲酯)混合)而得到并且包括相反的面4a 和 4b—和由导电材料例如薄的钙/铝双层制成的第二电极5。在该实施方式中，第一电极2和第二电极5分别形成阳极和阴极。在文献中报导了多种因素作为影响活性层4的形态的参数。这些参数通常与制造有机太阳能电池的方法有关，并且特别地与用于形成活性层4的初始溶液的性质和性能，以及与在活性层4的形成中起作用的动力学参数和与沉积技术有关。必须控制所有这些参数以获得最佳的形态，并且更特别地是，对于η-型半导体材料，与阴极的最大可能的接触表面以及对于P-型半导体材料，与阳极的最大可能的接触表面，以在各电极处获得良好的电荷提取(chargeextraction)。因此，如在Svetlana S. van Bavel 等的论文 “Three-DimensionalNanoscaleOrganization of Bulk Heterojunction Polymer Solar Cells，，(Nano Letters2009, Vo. 9, No 2,507-513)中所报导的，具有标准结构的本体异质结有机光伏电池中的活性层理想地是包括由η-型半导体材料制成的网络和由P-型半导体材料制成的网络，并且在活性层的整个厚度中对于各P-型或η-型半导体材料具有各自的相反的浓度梯度。这样的混合物形态对应于P-型和η-型半导体材料的垂直偏集(vertical segregation)。在上述论文中，对于具有标准结构的异质结有机太阳能电池，Svetlana S. vanBavel等通过将制造过程期间的某些条件改变，并且特别地通过进行热退火或者溶剂辅助退火而观察到这样的垂直偏集。电池由包含以1:1的重量比和20mg/ml的总浓度溶解于ODCB (邻二氯苯)中的P3HT和PCBM的混合物制成。将该混合物通过以500rpm的速度旋涂而沉积在被ITO层2和具有70nm厚度的PED0T:PSS层3覆盖的玻璃基底I上。对于已经经历了在130°C的热退火工艺20分钟或者溶剂辅助退火工艺3小时的电池，通过电子断层成像法(tomography),观察到活性层4的形态的改善。为了说明的目的，图I中所示并且与Svetlana S. van Bavel等的论文中所述实施方式对应的活性层4呈现出在ρ-型半导体材料与η-型半导体材料之间的垂直偏集。这样的垂直偏集更特别地在图I中通过从活性层4的面4b直到相反面4a的从黑色到亮灰色·的渐变(progressive)层次(灰度,gradation)表示。这样的层次由此说明从活性层4的面4a到面4b分别降低和增加的P-型半导体材料(例如P3HT)的浓度和η-型半导体材料(PCBM)的浓度。另外，在论文“Morphology Control in Solution-ProcessedBulkHeterojunction Solar Cell Mixtures”(Adv. Funct. Mater, 2009,19, 3028-3026)中，Adam J.Moul6等对最近这些年开发的用于对在具有标准结构的本体异质结电池中形成活性层的聚合物/富勒烯混合物的形态进行控制并且因此用于获得改进的效率的技术进行了详细讨论。特别地，它们提及了实现聚合物纳米颗粒的悬浮液的技术。作为例子，在 Solenn Berson 等的论文 “Poly (3-hexylthiophene) fibers for PhotovoltaicApplications”(Adv. Funct. Mater 2007,17,1377-1384)中报导了这样的技术。AdamJ.Moul6等还提及了使用溶剂混合物或者将添加剂加入到溶剂中。作为例子，在论文“Processing Additives for Improved efficiency from Bulk HeterojunctionSolarCells”(J. Am. Chem.S0C. 2008，130，3619-3623)中，Jae Kwan Lee 等研究了容许在1，8-二(R)辛烷的类别中选择如下添加剂的标准所述添加剂加入到初始溶液中用于控制活性层在PCPDTBT ([2，6-(4，4-双(2-乙基己基)-4H-环戊二烯并[2, 1-b ；3,4-b/ ] 二噻吩-交替_4，7-(2, I, 3-苯并噻二唑)])方面和在C71-PCBM方面的形态。另外，存在具有与如图I中所示标准结构不同的结构的本体异质结电池。这样的电池被称为具有倒置(inverted)结构的本体异质结电池。它们例如报导在Li-Min Chen 等的论文 “Recent Progress in Polymer Solar Cells!Manipulation ofpolymer:Fullerene Morphology and the Formation of efficientInverted PolymerSolar Cells”(Adv. Mater 2009，21，1-16)的第二部分中。与具有标准结构的本体异质结电池相比，它们特征在于一标准结构的阴极(图I中的标记5)被PED0T:PSS或者具有高功函的过渡金属氧化物层(例如V2O5或MoO3)代替，并且被由稳定金属例如金或银制成的电极覆盖一和在所述标准结构中的设置在ITO层(图I中的标记2)与活性层(图I中的标记4)之间的PEDOT:PSS层(图I上的标记3)被另一功能性缓冲层(例如，由具有低功函的化合物构成)代替。这样的缓冲层允许电子的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.22 FR 10/017271.本体异质结有机太阳能电池，包括 一第一和第二电极(2，5), 一电活性层(4)，其设置在所述第一和第二电极(2，5)之间并且包含P-型半导体有机材料和η-型半导体碳质材料， 一附加层(7)，其设置在所述第一电极与所述电活性层(4)之间，与所述电活性层(4)直接接触， 所述本体异质结有机太阳能电池特征在于，所述附加层(7)包含η-型半导体材料，以及与所述电活性层(4)中包含的所述η-型半导体碳质材料形成非共价相互作用的化合物。2.根据权利要求I的电池，特征在于，在所述电活性层(4)中，从所述电活性层(4)的与所述附加层(7)接触的第一面(4a)到所述电活性层(4)的与所述第一面(4a)相反的第二面(4b)，所述η-型半导体碳质材料的浓度渐减地变化。3.根据权利要求2的电池，特征在于，在所述电活性层(4)中，从所述电活性层(4)的与所述附加层(7)接触的第一面(4a)到所述电活性层(4)的与所述第一面(4a)相反的第二面(4b)，所述P-型半导体有机材料的浓度渐增地变化。4.根据权利要求1-3任一项的电池，特征在于，所述电活性层(4)中包含的所述η-型半导体碳质材料选自富勒烯、碳纳米管、石墨烯和纳米石墨烯、以及它们的可溶性衍生物。5.根据权利要求4的电池，特征在于，所述电活性层(4)中包含的所述η-型半导体碳质材料是PCBM。6.根据权利要求4和5任一项的电池，特征在于，与所述电活性层(4)中存在的η-...
【专利技术属性】
技术研发人员：S柏森，S百利，S古勒雷兹，N勒梅特尔，
申请(专利权)人：原子能和代替能源委员会，
类型：
国别省市：
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