[发明专利]一种体异质结有机薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机薄膜太阳能电池，具体涉及一种采用受阻胺光稳定剂作为阴极修饰层的倒置结构体异质结有机薄膜太阳能电池，属于太阳能技术领域。

背景技术

能源问题是当今世界面临的最重要的问题之一，随着化石能源的不断消耗以及化石能源的长期使用造成的日益严峻的环境问题，寻找一种储量大、无污染的新能源迫在眉睫。众多的新能源，包括核能、太阳能、生物能、水电能、风能、地热能和潮汐能等。其中，太阳能因其取之不尽用之不竭的巨大储量，清洁无污染的环保特性，简单的生产工艺和较低的生产成本，方便灵活的应用方式，倍受人们的青睐，是新时代最具前景的能源技术之一。

太阳能电池技术是一种将太阳能直接转换为电能的技术，是利用太阳能最有效的方式之一，传统太阳能电池的研究主要集中在以硅、砷化镓、碲化镉以及叠层GaInP/GaAs/Ge等为活性材料的无机光电器件。然而，此类器件原料成本较高，生产工艺较为复杂，难以制备柔性器件等，极大地限制了此类太阳能电池技术的发展和应用。

体异质结有机薄膜太阳能电池是近年来发展迅猛的一种新型太阳能电池技术。与其他太阳能电池技术相比，其具有重量轻，成本低，制备工艺简单，可制备成柔性器件等优势，因此成为了目前太阳能电池领域最有前景的技术之一。

体异质结有机薄膜太阳能电池通常包括阴极、阳极和夹在两个电极间的光致发电单元。本发明就是使用以受阻胺光稳定剂修饰的透明阴极薄膜，作为有机薄膜太阳能电池的阴极，制备一种倒置结构的体异质结有机薄膜太阳能电池。

光电转换效率是决定太阳能电池优劣的最主要参数之一，其由开路电压、短路电流、填充因子这三个参数决定。综合协调提高这三个参数是提高太阳能电池光电转化效率的关键，为此，研究者们从各个方面进行了努力。

体异质结有机薄膜太阳能电池开路电压的理论极限值，由活性层中给体材料的HOMO与受体材料的LOMO的差值决定。对于给定的活性层材料，活性层两边部分的能级对其产生主要的影响。因此，有机光薄膜太阳能电池的各组成部分之间，通常面临能级不匹配的问题，在界面处形成较高的势垒，不利于界面处形成欧姆接触，因此降低了开路电压。所以，有机光薄膜太阳能电池需要解决各组成部分能级匹配的问题。

研究者们发现，在活性层与电极之间添加修饰层，可以有效抑制载流子传输过程中电子与空穴的复合，提高电荷的传输效率与电极收集电荷的能力，形成优良的二极管结构，从而提高电池的短路电流与填充因子。通常，阴极修饰材料主要要求1)能够与有缘层之间形成欧姆接触；2)能够有效传输负电荷；3)在有效收集负电荷的同时能够有效阻断正电荷；4)在界面处形成优良的膜结构，不能提高器件的串联电阻，不能降低器件的并联电阻。

目前常用的阴极修饰层，无机类如LiF，Ca，Mg等，通常通过真空热蒸镀的方式制备，需要较高的温度和真空度，工艺成本较高，且难以大规模制备；有机类如富勒烯的一些衍生物，生产成本较高。市场需要一种相对生产成本较低且制备工艺简单的阴极修饰材料。

另外，有机光薄膜太阳能电池各组成部分之间的界面，很容易受到水氧的侵蚀，还容易发生光化学反应，破坏原有的界面结构，形成表面态，从而削弱了有机薄膜太阳能电池的稳定性。

发明内容

技术问题：本发明就是针对上述问题，设计了一种基于受阻胺光稳定剂阴极修饰层的倒置结构体异质结有机薄膜太阳能电池及其制备方法。

技术方案：光稳定剂是一种目前常用的高分子制品(例如塑料、橡胶、涂料、合成纤维等)添加剂，用于抑制和减缓光化学反应的发生，从而提高高分子制品的抗老化能力。其是一种目前已经大规模工业化生产的化学制品，价格低，且购买、运输、存储等都比较方便。本发明首次将光稳定剂材料引入太阳能电池产业中来，利用受阻胺光稳定材料上胺基团与透明阴极的相互作用，作为透明阴极的修饰材料，极大提高了倒置结构有机薄膜太阳能电池中透明阴极对电子的传输与收集能力。

另外，在有机薄膜太阳能电池中，界面是最为脆弱的环节，极易受到光化学反应的侵蚀，产生界面表面态，破坏原有的界面结构，从而降低了电荷的传输与收集能力，造成了载流子的复合，对电池的短路电流与填充因子产生不利的影响。本发明利用光稳定剂对光化学反应的抑制作用，作为界面修饰材料，提高了界面抗光化学反应的能力，从而提高了界面的稳定性。