[发明专利]作为PEDOT/PSS分散体中的增粘剂添加剂的非极性溶剂

说明书

本发明涉及一种制备层状体的方法、可通过该方法获得的层状体、层状体、有机光伏电池、太阳能电池组件、分散体和分散体的用途。

在可再生能源领域中，近年来有机光伏(OPV)电池已通过利用太阳能而被开发成非常有希望的电能来源。与可商业获得的无机太阳能电池(通常为硅电池)相比，OPV电池基于有机组分，且为极薄、轻质和柔性的。卷至卷(reel-to-reel)方法的低材料和生产成本以及仅耗费数月的极短能量生产缓冲期间显示了该技术的市场潜力。

由于获得了12％的记录效率，OPV技术被证实是沿市场化方向的成功发展。然而，为了实现该目的，同样重要的是确保OPV电池在长寿命内的长期稳定性。长期稳定性受到许多不同因素的影响，其中层的层离是OPV电池退化的一个主要原因(等，Adv.Mater.2012(24)，第580-612页)。层离尤其可由机械作用(柔性基材的弯曲)和环境影响如湿气渗透而导致。这导致接触面积损失，产生被侵袭层的水和氧气污染的空间，或者甚至导致层的完全剥离。在倒置结构的OPV电池(上部暴露的电极为空穴电极，该结构参见图1)中，聚-3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)/聚苯乙烯磺酸盐(PSS)层和光活性层例如聚-3-己基噻吩(P3HT):苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)的界面已被认为是层状结构中的关键点。层在界面处的层离可通过层的弱粘合解释。层的粘合描述了两个层彼此粘附的好坏或结实程度。尤其是在亲水层和疏水层(表面能存在很大的差异)的组合中，粘合可受到极大的破坏。在将含水PEDOT:PSS分散体施加至疏水性光活性层的方法中，该问题已变得明显，其中只有通过添加非常强力的表面活性剂才能获得充分的润湿和良好的膜质量。

迄今为止，仅已知极少数解决该粘合性主要问题的方法，其中均未获得仅大致令人满意的粘合性改进。因此，DuPont等尝试通过在比干燥(150℃)期间更高的温度下对P3HT:PCBM上的PEDOT:PSS层进行热处理(“退火”)而实现粘合能的提高，其中测得的效果额外依赖于膜中的PCBM含量(DuPont等，SolarEnergyMaterials&SolarCells2012(97)，第171-175页)。然而，该方法中的所述关键温度可不利地影响对温度非常敏感的光活性层的形貌和稳定性(玻璃化转变温度，Tg值，层的熔融)，这可导致效率和长期稳定性的损失。然而，这些高温还涉及OPV电池的缺点，尤其是其聚合物及其大规模工业生产方法。因此，持续需要能在更低温度下更有效地制备OPV电池。

除上文所述的退火方法之外，还尝试以有利的方式影响电池的粘合性和寿命，包括使用表面活性剂以降低PEDOT:PSS分散体的表面张力和更好的润湿表面(Lim等，J.ofMater.Chem.2012(22)，第25057-25064页)，或者通过使光活性层粗糙化而改善PEDOT:PSS层的粘合性。

然而，上述措施尚不能获得有机光伏电池的PEDOT:PSS层与光活性层的令人满意的粘合。

因此，本发明基于如下目的：克服由现有技术所导致的涉及导电聚合物层，特别是PEDOT:PSS层与光活性层，特别是包含P3HT:PCBM的非极性光活性层的粘合性不足有关的缺点。

特别地，本发明基于如下目的：提供一种制备层状体的方法，其可特别地用于制备有机光伏电池，且借此可特别地改善有机光伏电池的机械稳定性和长期稳定性。通过本发明的方法，应可制得包含光活性层，特别是含P3HT:PCBM的非极性光活性层的层状体，在所述非极性光活性层上施加导电聚合物层，特别是PEDOT:PSS层，由此应特别地通过该方法相对于现有技术所已知的用于制备该层状体的方法相比改善导电聚合物层与光活性层的粘合性。

本发明还基于如下目的：提供一种层状体，其可例如用于有机光伏电池中且包含光活性层，特别是含P3HT:PCBM的非极性光活性层，其上施加导电聚合物层，特别是PEDOT:PSS层，其中该层状体与现有技术所已知的相应层状体相比的区别在于，导电聚合物层与光活性层的层粘合性得以改善。

对实现至少一个上述目的的贡献由一种制备层状体的方法实现，其至少包括如下工艺步骤：

I)提供光活性层；

II)用至少包含如下的涂料组合物层叠光活性层：

a)导电聚合物，

b)有机溶剂，

III)从在工艺步骤II)中层叠的组合物中至少部分移除有机溶剂b)，从而获得覆盖光活性层的导电层。

在本发明的制备层状体的方法中，优选所述涂料组合物包含c)表面活性剂。