[发明专利]基于三元溶剂系统的有机薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机聚合物光伏器件或有机半导体薄膜太阳能电池领域，具体涉及一种基于三元溶剂系统的有机薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着全球能源需求的爆炸式增长，能源问题己经成为各国经济发展所要面临的首要难题。由于太阳能具有洁净、分布广泛、取之不尽用之不竭等特点，研究光伏发电解决能源问题成为可再生能源领域研究的重点与热点。目前，根据组成太阳能电池的光活性层的材料性质的不同，可以将活性层材料分为无机半导体材料和有机半导体材料。与无机半导体材料相比，有机半导体材料不仅材料本身的合成条件和器件化工艺条件相对温和，其分子化学结构容易修饰，用其来制作电池时，可以满足成本低、耗能少、容易大面积制作的要求。从20世纪90年代起，随着薄膜技术的迅猛发展，采用新材料新结构新工艺制备的电池的性能得到大幅度的提高。

然而，与无机太阳能电池的大规模生产相比，有机太阳能电池由于其光电转换效率还相对较低，其实用化还尚需时日。选取合适的光活性层是提高有机太阳能电池光电转换效率的最有效方法。其中，PTB7:PC₇₁BM本体异质结体系由于其拥有良好的溶解性及空穴传输性而在近年来被广泛应用于有机太阳能电池中。基于PTB7:PC₇₁BM本体异质结体系作为光活性层的有机太阳能电池展现出了良好的光电性能，而进一步优化PTB7:PC₇₁BM本体异质结体系光活性层的薄膜形貌以及垂直结构的相分离则成为目前此领域研究的重点。

目前，限制PTB7:PC₇₁BM本体异质结体系光活性层的主要原因是：首先，在PTB7:PC₇₁BM本体异质结体系中，由于PTB7聚合物材料热稳定性较差，PTB7:PC₇₁BM本体异质结体系无法进行热退火来改善其材料结晶性，从而无法形成较为理想的垂直相分离形貌，从而阻碍激子在界面的收集与传输；其次，PC₇₁BM富勒烯材料溶解性较差，使得湿法制备的光活性层薄膜中PC₇₁BM富勒烯材料容易聚集，导致薄膜形貌发生变化，影响光活性层与缓冲层界面的接触，阻碍载流子的传输；最后，由于采用湿法制备PTB7:PC₇₁BM本体异质结体系光活性层，溶剂的物理性质，如表面张力，挥发性，与界面的润湿性等物理特性对薄膜的成膜效果起到了决定性的作用，所以选取合适的溶剂系统溶解PTB7:PC₇₁BM本体异质结材料也成为了提高PTB7:PC₇₁BM本体异质结体系光活性层的关键问题。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何提供一种基于三元溶剂系统的有机薄膜太阳能电池及其制备方法，目的是通过选取合适的三元溶剂系统，通过湿法制备PTB7:PC₇₁BM本体异质结体系光活性层，以实现：1、通过添加剂对PTB7聚合物材料进行微观溶解提拉，形成较好的垂直相分离结构，增强激子在界面的收集与传输，提高器件的填充因子；2、解决PC₇₁BM富勒烯材料容易聚集的问题，形成较好的界面接触，增强载流子的传输，提高器件的开路电压；3、提高三元溶剂系统的表面张力，降低其挥发性，使得湿法制备的PTB7:PC₇₁BM本体异质结体系光活性层薄膜形貌更利于太阳光的吸收，从而提高器件的短路电流。

本发明的技术方案为：

基于三元溶剂系统的有机薄膜太阳能电池，其特征在于：该太阳能电池从下到上依次为：衬底、透明导电阳极ITO、阳极缓冲层、光活性层、阴极缓冲层、金属阴极；所述光活性层采用基于三元溶剂系统的湿法制备工艺制备，所述三元溶剂系统的体积百分比组成为：氯苯65～77％、1,2-二氯苯20～32％、1,8-二碘辛烷3％。

作为优选，所述阳极缓冲层材料为PEDOT:PSS或MoO₃的一种，阳极缓冲层厚度为15～50nm。

作为优选，所述光活性层由电子给体材料PTB7与电子受体材料PC71BM两者的混合溶液制备而成，所述混合溶液的浓度为1～20mg/ml，所述混合溶液中PTB7:PC71BM质量比为1:20～5:1；所述光活性层厚度为50～300nm。

作为优选，所述阴极缓冲层材料为TPBi、BCP、Bphen、Alq₃、ZnO或TiO₂的一种或多种，阴极缓冲层厚度为1～20nm。