[发明专利]以La‑TiO2为电子传输层的有机光伏电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池薄膜材料与器件领域，具体涉及一种以La-TiO₂为电子传输层的有机光伏电池及其制备方法。

背景技术

人类进入二十一世纪以来，能源与环境已成为全球关注的焦点。世界各国都在开发绿色环保的新能源，相比于石油、煤炭等其他有限的资源，太阳能的开发和利用是人类解决能源危机的有效途径之一，并且受到了全世界研究学者的大力关注和研究。太阳能在航空、国防军事、普通照明等很多领域都有着非常重大的应用。并且在新时代能源消耗如此巨大的前提下，太阳能因其环保可持续等优点成为焦点。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池。其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。但硅的提纯对环境是一个重污染过程。并且因为成本高，产品价格一直居高不下，很难大量推广使用。

多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。

以有机聚合物代替无机材料是近几年开始的一个太阳能电池制造的新的研究方向。由于有机材料具有轻便、易加工、保护环境、材料来源广泛、成本底等优点已成为全世界学者研究的对象而得以快速的发展，对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义，成为当今可再生能源中最有前景的一种。

传统的正置结构有机太阳能电池由于器件结构简单，制备工艺简单等优点成为世界研究学者一时关注的焦点，但是由于其在空气中的稳定性差，易被空气氧化等不足，因此研究学者开发了倒置结构的有机太阳能电池，对于提高电池稳定性以及电池效率都取得了很大的突破。

目前，国内外研究学者认为，有机聚合物应用于太阳能电池中较为理想的倒置结构是：导电玻璃/TiO₂/ P3HT:PCBM/MoO₃/Al；ITO；其中：ITO是掺锡的氧化铟，作为电池的阳极；TiO₂作为电子传输层，MoO₃作为空穴传输层；由P3HT（聚3-已基噻吩）组成的网构成电子施主，由PCBM（C60衍生物）组成的网构成了电子受体和电子传输层，P3HT和PCBM组成的混合溶液作为光敏层，Al是阴极。

由于单纯的TiO₂电子传输层对于电池效率的提高有限。因此研究人员想到了用金属离子掺杂TiO₂来提高TiO₂薄膜的性能，从而进一步提高电池的效率。目前，用金属离子掺杂TiO₂作为电子传输层有机太阳能电池曾经有过报道。其中Superlattices and Microstructures刊上报道(Ranjitha A, Muthukumarasamy N, Thambidurai M, Velauthapillai D, Madhan Kumar A, Gasem ZM. Inverted organic solar cells based on Cd-doped TiO₂ as an electron extraction layer. Superlattices and Microstructures. 2014;74:114-22.)：用Cd掺杂TiO₂薄膜取代TiO₂作为电池的电子传输层，效率从2.6%提高到了3.06%。其制备方法为溶胶凝胶法，但是由于Cd离子是具有很强的毒性，对于环境会造成污染，不适合大量使用。

发明内容

针对上述TiO₂对于电池效率提高的现状，本发明提供了一种以La-TiO₂为电子传输层的有机光伏电池及其制备方法。该光伏电池成本低廉、稳定、耐腐蚀性较好，对环境友好，易于大范围生产。

为实现本发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种以La-TiO_2-透明薄膜为电子传输层的有机光伏电池，包括氧化物透明导电衬底、电子传输层、有机活性层，空穴传输层和金属电极，所述的电子传输层是将La-TiO₂溶液经溶胶凝胶法漩涂在氧化物透明导电衬底上而形成的La-TiO₂透明薄膜。

所述的La-TiO₂透明薄膜中La的掺杂比例为0.25-2wt%。