[发明专利]有机太阳能电池器件及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种有机太阳能电池器件及其制备方法。

【背景技术】

1982年，Weinberger等研究了聚乙炔的光伏性质，制造出了第一个具有真正意义上的太阳能电池，但是当时的光电转换效率极低(10-3％)。紧接着，Glenis等制作了各种聚噻吩的太阳能电池，当时都面临的问题是极低的开路电压和光电转换效率。直到1986年，C.W.Tang等首次将p型半导体和n型半导体引入到双层结构的器件中，才使得光电流得到了极大程度的提高，从此以该工作为里程碑，有机聚合物太阳能电池蓬勃发展起来。

1992年Sariciftci等发现2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-1，4-苯乙(MEH-PPV)与复合体系中存在快速光诱导电子转移现象，引起了人们的极大兴趣，而在1995年，Yu等用MEH-PPV与C₆₀衍生物PCBM混合作为活性层制备了有机聚合物体异质结太阳能电池。器件在20mW/cm² 430nm的单色光照射下，能量转换效率为2.9％。这是首个基于聚合物材料与PCBM受体制备的本体异质结太阳能电池，并提出了复合膜中互穿网络结构的概念。至此，本体异质结结构在聚合物太阳能电池中的应用得到了迅速的发展。这种结构也成为目前人们普遍采用的有机聚合物太阳能电池结构。

聚合物太阳能电池的工作原理主要分为四部分：(1)光激发和激子的形成；(2)激子的扩散；(3)激子的分裂；(4)电荷的传输和收集。首先，共轭聚合物在入射光照射下吸收光子，电子从聚合物最高占有轨道(HOMO)跃迁到最低空轨道(LUMO)，形成激子，激子在内建电场的作用下扩散到给体/受体界面处分离成自由移动的电子和空穴，然后电子在受体相中传递并被阴极收集，空穴则通过给体相并被导电阳极基底收集，从而产生光电流。这就形成了一个有效的光电转换过程。

在聚合物太阳能器件中，为了提高电子的注入和传输能力，往往在制备完活性层后，制备一层极薄的氟化锂(LiF)缓冲层，约0.7nm，起到提高电子注入能力，有利于提高器件的光电转换效率。但是，这种材料不能太厚，一般不超过1nm，超过1nm之后，使器件的串联电阻急速上升，导致大部分的电压降都落在这个区域，最终影响了光电转换效率，而较薄的材料层，成膜性也是一个重要的因素，较薄往往导致成膜性不好，造成电子陷阱，使电子淬灭，影响效率。

采用这种氟化锂缓冲层来提高聚合物太阳能电池的光电转换效率，由于氟化锂缓冲层的厚度必须严格控制在约0.7nm，厚度控制较困难，工艺难以把握，不利于量产。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种利于量产的有机太阳能电池器件。

一种有机太阳能电池器件，包括依次层叠的如下结构：导电阳极基底、空穴缓冲层、活性层、电子注入层和阴极；所述电子注入层的材质为三氧化钼、五氧化二钒、三氧化钨或二氧化钒。

优选的，所述导电阳极基底的材质为铟锡氧化物玻璃、掺氟氧化锡玻璃、掺铝的氧化锌玻璃或掺铟的氧化锌玻璃。

优选的，所述空穴缓冲层的材质为质量比为2∶1～6∶1的聚3，4-二氧乙烯噻吩和聚苯磺酸盐的混合物。

优选的，所述电子注入层的厚度为2nm～20nm。

优选的，所述活性层的材质为以富勒烯的丁酸甲酯衍生物为受体的混合物。

优选的，所述活性层的材质为质量比为1∶0.8～1∶1的聚3-己基噻吩和富勒烯的丁酸甲酯衍生物的混合物；

或所述活性层的材质为质量比为1∶1～1∶4的聚[2-甲氧基-5-(3，7-二甲基辛氧基)对苯撑乙烯]和富勒烯的丁酸甲酯衍生物的混合物；

或所述活性层的材质为质量比为1∶1～1∶4的聚[2-甲氧基-5-(2′-乙烯基-己氧基)聚对苯乙烯撑]和富勒烯的丁酸甲酯衍生物的混合物。

一种有机太阳能电池器件的制备方法，包括如下步骤：

对导电阳极基底进行表面预处理；

在所述导电阳极基底表面形成空穴缓冲层；

将活性物质溶解在有机溶剂中得到活性物质溶液；

在保护气体氛围下，将所述活性物质溶液旋涂在所述空穴缓冲层表面，干燥后得到活性层；

在所述活性层上蒸镀三氧化钼、五氧化二钒、三氧化钨或二氧化钒，形成电子注入层；

在所述电子注入层上形成阴极，得到所述有机太阳能电池器件。