[发明专利]一种稳定无光浴高效有机太阳能电池器件及其制备方法

说明书

本发明涉及有机太阳能电池技术领域，具体涉及一种应用于太阳能电池器件的电子传输层，所述电子传输层包括二氧化钛层和界面修饰层，所述二氧化钛层为纳米二氧化钛粒子及其螯合剂双乙酰丙酮钛酸二异丙酯，所述界面修饰层为乙醇胺。通过组分调节和界面修饰有效地改善二氧化钛薄膜的电学性能并钝化二氧化钛表面缺陷。该电子传输层的制备工艺简单，并且获得了高效率，稳定且无光浴现象的太阳能电池器件。

技术领域

本发明属于有机太阳能电池技术领域，具体涉及一种稳定无光浴高效有机太阳能电池器件及其制备方法。

背景技术

当今社会，科技迅速发展，各种新技术迅速进入到人们日常的衣食住行中。人们在享受科技带来巨大便利的同时，对能量的需求也越来越大。而现有的化石能源的全球储存量却逐年减少，现存的也仅能满足人类数十年的能源需求。这种日益尖锐的矛盾使得各国都致力于寻找新型的可再生能源来打破当前人类面临的能源困局。在所有的可再生能源中，太阳能电池拥有得天独厚的优势受到各国研究者的青睐。目前，在光伏领域无机硅太阳能电池占据了绝大部分市场。然而，晶体硅的生产工艺复杂，环境污染大，安装成本高，能量偿回成本过高，使得人们急需寻找新的突破口。有机太阳能电池具有低成本，可溶液加工，可弯曲以及可大通量制备等特性，在光伏领域掀起了新的研究热潮。以有机共轭聚合物作为太阳能电池的吸光材料，具有广泛的材料来源和可以调节的光电特性，使得有机太阳能电池在可便携设备等方面具有广阔的前景。

有机太阳能电池是一种多层结构的电池，其中电子传输层对整体的器件效率和器件稳定性都有重大的影响。n型金属氧化物(TiOx，ZnO等)具有高的透过率，高的折射率，良好的电学性能以及优异的稳定性，常用于有机太阳能电池的电子传输层。纯的二氧化钛纳米粒子即可以作为电子传输层，但是其作为电子传输层时，存在较多孔洞，薄膜覆盖率较低，而且电学性能较差。而且这些金属氧化物电子传输材料在实际的应用过程中，常常出现不利的光浴(light-soaking)现象，即器件效率需要经过数十分钟或更长时间的连续光照才会达到稳定状态。这种现象在实际应用过程中，在早晨弱光强的情况下可能需要花费更长时间，并且对于需要稳定电源的设备也是极为不利的。

另外，传统的溶胶-凝胶方法制备的TiOx电子传输层电子迁移率较低，并且含有大量的缺陷。而磁控溅射制备的薄膜需要专用的大型设备，也不利于大规模的应用。而经过高温煅烧虽然会获得更高质量的薄膜，但高温煅烧是一种高耗能工艺，而且对于柔性的太阳能电池器件也不兼容。因此，对电子传输层进行改性，以得到稳定无光浴高效有机太阳能电池器件对于理论研究和实际应用具有重要的指导意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性的电子传输层，及由其制备得到的稳定无光浴高效有机太阳能电池器件，通过组分调节和界面修饰有效地改善二氧化钛薄膜的电学性能并钝化二氧化钛表面缺陷。该电子传输层的制备工艺简单，并且获得了高效率，稳定且无光浴现象的太阳能电池器件。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种应用于太阳能电池器件的电子传输层，所述电子传输层包括二氧化钛层和界面修饰层，所述二氧化钛层为结晶性纳米二氧化钛粒子及其螯合剂双乙酰丙酮钛酸二异丙酯，所述界面修饰层为乙醇胺。

优选地，所述结晶性纳米二氧化钛粒子采用以下方法制备得到：以四氯化钛为前驱体，采用无水的反应路线，将四氯化钛缓慢滴加到无水乙醇中，以苯甲醇作为保护试剂，其中四氯化钛与乙醇的体积比为1：4～3：10，苯甲醇与乙醇的体积比为1：4～1：6，在70～90℃条件下反应8～10h，再通过乙醚沉淀洗涤，得到结晶性纳米二氧化钛粒子。

应用于太阳能电池器件的电子传输层的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)，将纳米二氧化钛粒子分散于乙二醇单甲醚溶剂中，并加入双乙酰丙酮钛酸二异丙酯，双乙酰丙酮钛酸二异丙酯与纳米二氧化钛粒子的摩尔比为0.3:1-0.5:1，所得到的分散液经旋涂、低温热处理得到厚度为10～30nm的二氧化钛层；