[发明专利]一种基于旋涂工艺的离心辅助光活性层分层的有机太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及有机半导体薄膜太阳能电池领域，具体公开了一种基于旋涂工艺的离心辅助光活性层分层的有机太阳能电池及其制备方法，制备方法包括以下步骤：S1：对透明衬底和ITO透明导电阴极层所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；S2：在ITO透明导电阴极层表面旋转涂覆、印刷或喷涂PEDOT：PSS前驱溶液，制备阳极缓冲层，并将所形成的薄膜进行低温烘烤；S3：在阳极缓冲层上采用旋涂工艺制备PBDB‑T：ITIC光活性层；S4：将旋涂好PBDB‑T：ITIC光活性层的基片黏贴至垂直侧壁上进行旋转离心；S5：在手套箱中对PBDB‑T：ITIC光活性层进行热退火处理；S6：在真空度为3*10³Pa条件下，在PBDB‑T：ITIC光活性层表面蒸镀LiF，制备阴极缓冲层；S7：在阴极缓冲层上蒸镀金属阴极层。终达提高有机太阳能电池各方面性能参数的目的。

技术领域

本发明属于有机半导体薄膜太阳能电池技术术领域，具体为一种基于旋涂工艺的离心辅助光活性层分层的有机太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着世界经济的飞速发展和科学技术的日新月异，人们对能源的需求日益增加，与此同时，传统化石能源的日趋减少和其过度使用所带来的环境污染问题也越发严重，因此，开发利用新能源被认为是21世纪的一个重点项目。在此背景下，太阳能作为一种可再生绿色能源，以其储量巨大、分布广泛、绿色无害等特点受到了研究人员的广泛关注。而太阳能电池作为一种能够直接将太阳光能转换为电能的有效地开发和利用太阳能的手段，受到科研人员的重点关注。根据太阳能电池光活性层材料的性质的不同，可以将光活性层材料分为无机半导体材料和有机半导体材料。无机半导体材料由于发展起步早，研究比较广泛，现已进行商业化电池的相关应用，然而其复杂的制备工艺，对原材料的苛刻要求、高昂的成本和环境污染等因素限制了自身的进一步发展。与无机半导体材料相比，基于有机半导体材料制备的有机太阳能电池，不仅具有与无机太阳能电池相同的最高理论光电转换效率，还具备工艺简单，材料来源广泛，可基于柔性衬底制备，可大面积生产，绿色无污染，质量轻，成本低等一系列的优点，使其成为解决能源危机的希望所在。

在过去的10多年中，溶液处理富勒烯基有机太阳能电池是有机太阳能电池领域的主要研究对象，在大量研究下，其功率转换效率已从初期的1％提升至10％，然而，在长波长范围内吸收弱，电子特性调谐能力不佳，以及昂贵的提纯工艺限制了富勒烯基太阳能电池的进一步发展。此时，非富勒烯受体材料以其固有的优势，包括最高占据分子轨道和最低未占据分子轨道能级可调谐性，在长波长范围内具有较高的吸收能力，以及与聚合物施主的不同兼容性等，而受到越来越多的关注，成为目前有机太阳能电池研究领域的主导体系。

但是，在使用非富勒烯材料的体系中，尽管单结有机太阳能电池的光电转换效率已超过15％，达到可商业化的性能标准(15％)，但相较于传统无机太阳能电池的平均光电转换效率(20％)还有待提升，同时，近3年来，大量的非富勒烯材料的被研究人员合成用于有机太阳能电池，但相较于传统富勒烯体系有机太阳能电池而言，非富勒烯体系光活性层内相分离不佳，与缓冲层接触不好，从而导致光生载流子的分离、传输与界面间传递效率低，使得器件拥有较大的界面接触电阻与较高的载流子复合几率。

发明内容

针对上述的非富勒烯体系光活性层内相分离不佳，与缓冲层接触不好的缺陷，本发明的目的是提供一种基于旋涂工艺的离心辅助光活性层分层的有机太阳能电池及其制备方法。

一种基于旋涂工艺的离心辅助光活性层分层的有机太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

S1：对透明衬底和ITO透明导电阴极层所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；

S2：在ITO透明导电阴极层表面旋转涂覆、印刷或喷涂PEDOT:PSS前驱溶液，制备阳极缓冲层，并将所形成的薄膜进行低温烘烤；

S3:在阳极缓冲层上采用旋涂工艺制备PBDB-T:ITIC光活性层；

S4:将旋涂好PBDB-T:ITIC光活性层的基片黏贴至垂直侧壁上进行旋转离心；