[发明专利]一种倒装有机本体异质结太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种倒装有机本体异质结太阳电池及其制备方法。

背景技术

近年来，有机/聚合物太阳电池由于具有制备工艺简单、质轻、造价低廉、可制备大面积柔性器件等优点而受到广泛关注（Adv. Mater. 2009, 21, 1323; Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2009, 93, 394）。有机本体异质结太阳电池，具有一种新型而有潜力的器件结构，其采用电子给体材料（如共轭聚合物材料、共轭的小分子材料）和电子受体材料（如众多的富勒烯衍生物）组成的微相分离型混合物作为光活性层（Science 1995, 270, 1789; Chem. Rev. 2009, 109, 5868; Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1709; Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 7992）。在有机本体异质结太阳电池的常规结构中，通常将ITO和PEDOT:PSS分别作为阳极和阳极缓冲层，真空沉积的金属作为阴极。最近，采用ITO作为阴极和高功函金属作为阳极的倒装器件结构被有效地用于制备高效有机本体异质结太阳电池，并且此结构被证明具有更优越的稳定性（Polym. Rev. 2010, 50, 474; Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2010, 95, 1785）。其中，采用合适的界面材料作为阴极界面层用于有机本体异质结太阳电池，是一项非常重要的工程（J. Mater. Chem. 2010, 20, 2499）。目前，在以ITO为阴极的倒装有机本体异质结太阳电池中，常用的阴极界面层材料主要有：无机盐，如Cs₂CO₃, CsF（Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 253503; Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 173303），其成膜性能不好；金属氧化物，如TiO_x, ZnO（Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 233517; Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 143517），其制备加工中常要用高温处理（超过200℃），这与柔性衬底不兼容；水/醇溶共轭聚合物，如PCP-NOH和PCP-EP（Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2012, 97, 83–88），其制备方法较复杂；表面活性剂，如PEO（Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2010, 94, 497），器件性能表现一般。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺点，提供一种阴极界面层来制备倒装有机本体异质结太阳电池。

本发明的目的还在于提供这种倒装有机本体异质结太阳电池的制备方法。

本发明所提供的倒装有机本体异质结太阳电池，包括：两两依次相连的衬底、阴极、阴极界面层、光活性层、阳极界面层和阳极，其中阴极界面层的材料由水溶性聚合物与水溶性盐组成的复合物构成，水溶性聚合物在其中的重量百分比为70-100%，水溶性盐在其中的重量百分比为0-30%。水溶性聚合物具有如下结构：

其中，Z^-为卤素离子，0.2 ≤ x ≤ 1，0 ≤ y ≤ 0.8，x + y = 1，m = 1-6,n = 100-100000。

水溶性盐为水溶性无机盐、水溶性有机盐中的一种或两种组合。

水溶性无机盐包括卤化物、碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐中的一种或两种以上。

水溶性有机盐包括羧酸盐、磺酸盐中的一种或两种以上。

倒装有机本体异质结太阳电池的制备方法包括以下步骤：在附着有阴极的衬底上依次制备阴极界面层、光活性层、阳极界面层和阳极。阴极界面层的制备是将由水溶性聚合物与水溶性盐组成的聚合物水溶液旋涂于阴极上，经干燥后得到。将涂好阴极界面层的器件半成品转移到无水、无氧，充满高纯氮气的手套箱中，于阴极界面层上旋涂光活性层，最后再通过蒸镀制备阳极界面层和阳极。其中，本发明太阳电池的衬底选用玻璃或聚酯薄膜，阴极为ITO，光活性层为电子给体材料和电子受体材料组成的复合膜，阳极界面层为氧化钼、氧化钒或氧化钨，阳极为铝、银或金。