[发明专利]纳米片超薄膜作为中间层的有机太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用纳米片超薄膜作为中间层的有机太阳能电池。

背景技术

近年来，有机太阳能电池由于其制备方法简单，成本低廉，质地轻薄等优点得到了广泛的关注。有机太阳能电池中，为了避免p型半导体和n型半导体与电池的阴极和阳极直接接触而降低太阳能电池能量转化效率，在活性层和两电极之间添加中间层是必不可少的。目前常用的中间层材料有聚-3,4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT：PSS）与三氧化钼和五氧化二钒等氧化物。PEDOT：PSS水溶液呈酸性，对ITO基底有一定的腐蚀作用，不利于电池的长期稳定性，而MoO₃和V₂O₅等氧化物需通过真空蒸镀或溅射等方法成膜，不利于电池的低成本，大面积制备。寻求高效、稳定，且能液相成膜的中间层材料迫在眉睫。

研究发现，纳米片材料较其体相材料有许多优异的性能：大的比表面积，小尺寸效应和宏观量子隧道效应等，使其在电子、光学、磁学、催化等领域都有重要应用。而纳米片材料的制备方法较为简单，可采用超声剥离或嵌锂剥离等技术将层状结构材料剥离成0.1-5nm厚的纳米片材料。近年来，已有一些文章和专利都报道了二维纳米片的制备方法（Science，2011，331，568；NATURE NANOTECHNOLOGY，2011，6，200；ACS NANO，2012，6，3468；）。目前采用层层自组装纳米片超薄膜作为中间层的有机太阳能电池尚未见到报道。

综上所述，在现有的文献或专利中，利用层层自主装技术将层状材料的纳米片制备成超薄膜，并将其作为有机太阳能电池的中间层的研究还是一个空白。本发明利用层状材料的纳米片超薄膜制备阳极中间层或阴极中间层，从而大幅度提高有机太阳能电池中光生载流子收集效率，进而提高有机太阳能电池的光电能量转化效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于发明一种纳米片超薄膜作为阳极或阴极界面层的有机太阳能电池。

超薄膜的制备方法：将纳米片的分散液采用层层自组装（Layer-by-Layer）技术在基底上制备成薄膜。

本发明的优点：

对比传统的有机太阳能电池，本发明中的纳米片超薄膜制备方法简单、成本低廉、性能稳定。采用纳米片超薄膜作为中间层的有机太阳能电池的光电转换效率可以得到大幅度提升。

附图说明

图1是本发明所述的纳米片超薄膜作为中间层的正常结构(normal structure)的有机太阳能电池的结构示意图。A为基底。

图2是用本发明所述的纳米片超薄膜作为中间层的反式结构(inverted structure)的有机太阳能电池的结构示意图。A为基底。

图3为Au纳米粒子担载的氧化石墨烯纳米片作为阳极界面层制备正常结构有机太阳能电池的J-V曲线。

图4为氧化钛纳米片作为阴极界面层制备反式结构有机太阳能电池的J-V曲线。

具体实施方式

实施例1

（1）实验中采用的透明导电衬底为ITO玻璃，先用丙酮擦干净，然后用丙酮、异丙醇、乙醇各超声清洗30min，用高纯氮气吹干备用。

（2）将Au担载的氧化石墨烯超声分散于超纯水中，再离心取其上清液，得到其二维纳米片的水溶液。

（3）采用Layer-by-Layer的方法在ITO衬底上将上述纳米片组装成薄膜，具体方法为先将ITO在UV-O₃清洗仪器中处理15min，然后将其置于0.2%的PDDA水溶液中浸泡20min，取出后用清水冲洗，高纯氮气吹干后再将其置于Au担载的氧化石墨烯水溶液中浸泡20min，取出后用清水冲洗，高纯氮气吹干备用。

（4）将上述步骤制备的纳米片超薄膜进行退火处理，去除水。

（5）在惰性气体保护下，在上述薄膜上旋凃光敏层P3HT:PC₆₁BM，并在惰性气氛下对光敏层进行溶剂退火处理。

（6）电极的制备：在光敏层表面蒸发金属电极Ca/Al。

（7）电池性能说明：短路电流Jsc=10.35mA/cm²;开路电压Voc=0.60V；填充因子FF=0.54；能量转换效率PCE(%)=3.35%。

实施例二：

（1）清洗ITO玻璃，同实施例1。