[发明专利]基于卤化钙阴极缓冲层的有机光伏器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机光伏领域，具体涉及一种新型阴极缓冲层的有机光伏器件及其制备方法。

背景技术

有机光伏（OPVs）器件的结构主要包括阳极、有机功能层和阴极。器件在光照条件下，有机功能层中的给体材料被激发产生激子（电子－空穴对），激子扩散到给体材料和受体材料的界面，在界面处内建电场的作用下，空穴和电子分离。空穴在给体材料中传输并被阳极收集，电子在受体材料中传输并被阴极收集，从而产生光伏效应。为改善器件性能，通常在阴极和有机功能层之间制备一层缓冲层，改善有机层与阴极的接触，降低有机功能层与阴极之间的势垒，最终优化OPVs器件性能。

目前，阴极缓冲层一般用碱金属氟化物，如LiF膜层[H.Heil et al.Journalof Applied Physics,105(2009),073105.]，此法可有效改善电子的收集效率。此外，也可以用有机物作为阴极缓冲层，如经典的电子阻挡层材料BCP，可以充当光伏器件阴极缓冲层［C.C.Chang et al.Applied Physics Letters,96(2010),263506.］，有效阻止了有机功能层中C原子向阴极扩散引起的器件性能衰减，从而改善了器件性能。

有机半导体材料和金属之间的接触往往不是欧姆接触，这样会增加有机层与金属电极之间的接触势垒，提高器件的串联电阻，进而降低器件的光伏性能。此外，电极和有机功能层之间有可能发生化学反应，或者金属电极对有机功能层中的激子有较强的淬灭作用，也会导致光伏器件性能的衰减。因此，引入阴极缓冲层对提高有机光伏器件性能至关重要。

发明内容

本发明找到新型阴极缓冲层——卤化钙，将其应用于有机光伏器件可有效提升器件性能。

本发明的技术方案如下：

一种基于卤化钙阴极缓冲层的有机光伏器件，包括阳极、阳极缓冲层、有机功能层、阴极缓冲层和阴极，所述的阴极缓冲层为卤化钙，其厚度范围为0.25nm-1.5nm，优选0.5nm。

上述阳极缓冲层所用材料可以为聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)（PEDOT:PSS），其厚度为28nm。PEDOT:PSS是目前有机光伏器件中最常用的阳极缓冲层之一。

上述有机功能层可以用聚3-己基噻吩(P3HT)和[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸酸甲酯(PC₆₁BM)混合溶液作为旋涂材料，有机功能层厚度控制在100nm左右。P3HT:PC₆₁BM体异质结有机功能层是目前有机光伏器件中经常使用的有机功能层之一。

上述阴极缓冲层可以是卤化钙，包括CaCl₂、CaBr₂、CaF₂及CaI₂。

上述阴极材料包括但不限于铝、镁银合金、锂铝合金、钙铝合金、钙银合金和银，阴极厚度控制在100nm左右。

一种基于卤化钙阴极缓冲层的有机光伏器件的制备方法，包括以下步骤：

1）在阳极上制作阳极缓冲层；

2）在阳极缓冲层上制作有机功能层；

3）在有机功能层上制作阴极缓冲层；

4）在阴极缓冲层上蒸镀金属电极。

器件中的有机层（包括阳极缓冲层、有机功能层）及阴极缓冲层的制作均采用真空蒸镀或者溶液旋涂方法，其方法已为本领域技术人员所熟知，于此不再赘述。

本发明通过将卤化钙引入阴极缓冲层，有效减弱了金属阴极对有机功能层中激子的淬灭效应，降低了金属阴极与有机功能层的接触势垒，此外，卤化钙膜层可视为偶极层，可提高金属阴极对电子的收集效率。

附图说明

图1a是参比器件一的结构示意图；图1b是参比器件二的结构示意图；图1c是本发明的OPVs器件一的结构示意图。

图2是参比器件一、参比器件二和基于不同厚度CaCl₂层作为阴极缓冲层的发明器件的电流密度-电压曲线。

具体实施方式

以下结合附图详细描述本发明改善OPVs器件性能的方法，但不构成对本发明的限制。

1.参比器件一的制备：

1)清洗ITO（氧化铟锡）：分别在去离子水、丙酮、乙醇中各超声清洗10分钟，用氮气吹干，然后在氧等离子体清洗器中处理5分钟；