[发明专利]具有阴极缓冲层的聚合物体异质结有机太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及有机光电器件技术领域，具体涉及一种采用六-7-氮杂吲哚四锌合氧配合物 [Zn₄O(AID)₆]做阴极缓冲层的聚合物体异质结有机太阳能电池。该电池结构通过采用Zn₄O(AID)₆材料作为聚合物体异质结有机太阳能电池的阴极缓冲层，制备出了功率转换效率高的有机太阳能电池。

背景技术

随着人类对能源需求的日益增加以及对环境问题的日渐重视，太阳能作为不受地域限制、不产生温室效应、取之不尽的清洁能源，是未来全球最理想的能源模式。利用太阳能存储和提供能源，是当前学术界所关注的关键科学原理和技术应用问题。昂贵的成本及窄带隙半导体的严重光腐蚀限制了无机太阳能电池的实际应用，与此同时，有机太阳能电池因其独特的优异性能日益受到重视，有望成为有发展前途的太阳能供电技术。其优点主要体现在：有机材料具有非常高的光吸收系数；有机材料合成成本低、功能易于调制、柔韧性及成膜性较好；有机太阳能电池加工过程简单、可低温操作、器件制作成本低、可使用柔性衬底、可实现大面积制造。

近年来，体异质结有机太阳能电池的功率转换效率已经达到了9%左右，然而目前有机太阳能电池的最高功率转换效率尚未达到应用水平（功率转换效率大于10％）。主要限制因素包括以下三个方面：有机材料的吸收光谱较窄，对太阳光的吸收有限，导致功率转换效率不高；光致激子在异质结界面解离时，由于电子在给体和受体之间转移时的能级差大，能量损耗较大，导致器件开路电压较小；有机材料载流子迁移率较低，载流子在迁移过程中损耗较大，导致短路电流较小。研究表明，通过在活性层和金属界面之间加入适当的缓冲层对电极界面进行修饰可显著提高电荷传输和收集效率，从而提高电池的功率转换效率。本发明中通过在体异质结有机太阳能电池中引入Zn₄O(AID)₆材料作为阴极缓冲层，使有机太阳能电池开路电压、短路电流、填充因子，以及功率转换效率得到了较大的提高。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种采用六-7-氮杂吲哚四锌合氧配合物 [Zn₄O(AID)₆]作为阴极缓冲层的体异质结有机聚合物太阳能电池。利用本发明，可以提高体异质结有机太阳能电池的功率转换效率。

技术方案： 本发明具有阴极缓冲层的聚合物体异质结有机太阳能电池采用六-7-氮杂吲哚四锌合氧配合物材料作为阴极缓冲层的聚合物体异质结，该太阳能电池的结构由下到上依次为：衬底、阳极、阳极缓冲层、体异质结活性层、阴极缓冲层、阴极。

所述的衬底采用石英片、玻璃片、聚苯乙烯或聚乙烯。

所述的阳极采用功函数大于阴极的金属、金属氧化物、炭黑或导电聚合物。

体异质结活性层由电子给体材料和电子受体材料混合制备而成，其中电子给体层采用P3HT或其他聚合物给体材料，电子受体层采用PCBM或其他电子受体材料。

阴极缓冲层为Zn₄O(AID)₆ 。

阴极采用功函数比阳极低的金属或金属合金。 

所述的体异质结，其活性层的厚度为600-3000 ? ，阴极缓冲层的厚度为20-200 ?，阴极厚度为500-2000 ?。

阳极及阴极的制备方法为真空蒸镀或溅射，如果材料是很细的颗粒，可通过溶液的旋涂或喷涂获得，另外电化学沉积的方法也可制得相应的电极。

阳极缓冲层、体异质结活性层和阴极缓冲层，用真空蒸镀、旋涂、打印或喷涂的方法制备。

有益效果：从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果 ：

本发明提供的采用六-7-氮杂吲哚四锌合氧配合物 [Zn₄O(AID)₆]材料作为阴极缓冲层的体异质结有机太阳能电池，通过在体异质结活性层和阴极界面之间引入Zn₄O(AID)₆作为缓冲层，有利于电荷传输，消除阴极引起的激子淬灭，提高激子的利用率；同时避免了由于蒸镀对有机受体层造成的损害；进而可以提高有机太阳能电池的功率转换效率。

附图说明

图1是本发明提供的采用Zn₄O(AID)₆材料作为阴极缓冲层的体异质结有机太阳

能电池结构的示意图；

图2是 Zn₄O(AID)₆的分子结构图；