[发明专利]有机太阳能电池及其制造方法

说明书

技术领域

本申请要求于2013年6月14日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2013-0068543号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

本说明书涉及有机太阳能电池及其制造方法。

背景技术

目前，大多数使用的能源是石油、煤和天然气。这达到所使用的全部能源的80％。然而，近来，石油和煤能源的消耗状态已逐渐成大问题，并且二氧化碳和其他温室气体向大气中排放增加已逐渐引起严重的环境问题。然而，作为无污染绿色能源的可再生能源的使用仍然仅达到全部能源的2％。因此，解决能源消耗的当前问题充当了进一步驱策开发新的可再生能源研究的动力。在新的可再生能源如风、水和太阳中，太阳能已经受到了最大的关注。使用太阳能的太阳能电池污染较小并且具有无限的资源和半永久性寿命，并因此被预期为能够解决未来能量问题的能源。

太阳能电池是可以通过应用光伏效应将太阳能直接转化为电能的器件。根据构成薄膜的材料，太阳能电池可分为无机太阳能电池和有机太阳能电池。典型的太阳能电池通过掺杂作为无机半导体的晶体硅(Si)以进行p-n结来制造。通过吸收光而产生的电子和空穴扩散至p-n结点，并通过其电场加速以迁移至电极。该过程的电力转换效率由提供至外电路的电力与提供至太阳能电池的太阳能之比来限定，并且最近，在标准化虚拟太阳辐射条件下测量时已达到约24％。然而，由于相关领域的无机太阳能电池已在经济可行性以及对材料的供应和需求方面有所限制，所以易于加工的、廉价的并且包括多种功能的有机太阳能电池作为长期可替代能源已备受注目。

美国UCSB的Heeger教授领导的小组主要引导了早期有机太阳能电池的技术开发。有机太阳能电池中使用的单分子有机材料或聚合物材料的价值在于，容易、快速、廉价且大规模的工艺是可行的。

然而，在迄今为止的研究中，有机太阳能电池的缺点在于，能量转换效率仍然较低。因此，在目前情况下，可以说提高效率以确保相对其他太阳能电池的竞争力是非常重要的。

[现有技术文献]

韩国专利申请公开第2013-090304号

发明详述

[技术问题]

本说明书致力于提供有机太阳能电池及其制造方法。

[技术方案]

本说明书的一个示例性实施方案提供了有机太阳能电池，其包括：基材；设置在基材上的第一电极；设置成面对第一电极的第二电极；设置在第一电极和第二电极之间的包含光活性层的一层或更多层的有机材料层；以及设置在第一电极和光活性层之间的电极改质层，其中所述电极改质层具有由包含金属氧化物的层和包含卤化碱基金属的层形成的双层结构，包含金属氧化物的层和包含卤化碱基金属的层被设置成相互接触，并且卤化碱基金属的阳离子从包含金属氧化物的层和包含卤化碱基金属的层之间的界面扩散至包含金属氧化物的层总厚度的15％或更小的厚度。

本说明书的另一个示例性实施方案提供了有机太阳能电池，其包括：基材；设置在基材上的第一电极；设置成面对第一电极的第二电极；设置在第一电极和第二电极之间的包含光活性层的一层或更多层的有机材料层；以及设置在第一电极和光活性层之间的电极改质层，其中所述电极改质层具有包含金属氧化物和卤化碱基金属的单层结构。

本说明书的再一个示例性实施方案提供了制造有机太阳能电池的方法，所述方法包括：准备基材；在基材上形成第一电极；在第一电极上形成电极改质层；在电极改质层上形成包含光活性层的一层或更多层的有机材料层；以及在有机材料层上形成第二电极，其中所述电极改质层具有由包含金属氧化物的层和包含卤化碱基金属的层形成的双层结构，包含金属氧化物的层和包含卤化碱基金属的层被设置成相互接触，并且卤化碱基金属的阳离子从包含金属氧化物的层和包含卤化碱基金属的层之间的界面扩散至包含金属氧化物的层总厚度的15％或更小的厚度。

本说明书的又一个示例性实施方案提供了制造有机太阳能电池的方法，该方法包括：准备基材；在基材上形成第一电极；在第一电极上形成电极改质层；在电极改质层上形成包含光活性层的一层或更多层的有机材料层；以及在有机材料层上形成第二电极，其中所述电极改质层具有包含卤化碱基金属和金属氧化物的单层结构。

[有益效果]

由于根据本说明书的一个示例性实施方案的有机太阳能电池具有优良的电子传输能力，所以可增加光短路电流密度(J_sc)并提高效率。

此外，在根据本说明书的示例性实施方案的有机太阳能电池中，通过改善填充因子(FF)可实现高效率。