[发明专利]一种小分子有机太阳能电池器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种小分子有机太阳能电池器件及其制备方法，在传统有机太阳能电池体异质结的结构基础上，利用热蒸发蒸镀法，在不破坏真空条件的情况下改变基片倾斜程度，在活跃层和受体材料之间掠角蒸镀一定厚度给体材料，制造相分离形貌，增大界面粗糙度，增大光吸收，有利于载流子的产生；同时利用C60(C70)和AlPcCl接触的能带弯曲情况降低器件串联电阻，便于电子被阴极收集。本发明为优化小分子有机电池器件结构提供了一种新思路。

技术领域

本发明属于小分子有机太阳能电池器件领域，具体涉及一种结构优化的小分子有机太阳能电池器件及其制备方法。

背景技术

太阳能电池是一种把太阳光直接转化成电能的装置。有机太阳能电池材料来源广泛，合成简单，成本低廉，具有柔性，这使其不论是在大规模生产还是制备柔性器件上，都有很强竞争力。

当光照射在太阳能电池表面时，材料吸收太阳光产生具有弱束缚的激子，激子扩散到给体受体材料界面，通过电荷分离势进行分离，随后，电子沿着受体材料，空穴沿着给体材料分别被阴极和阳极收集(图1)。

衡量器件性能，有以下几个衡量指标：

1.短路电流密度(Jsc)：器件短路时的电流密度，受到串联电阻和并联电阻的影响。

2.开路电压(Voc):器件断路时的电压值，一般定义为给体材料的HOMO能级和受体材料的LUMO能级之差；受温度和入射光辐照度的影响。

3.填充因子(FF)：该参数反映器件质量，串联电阻越小，并联电阻越大，填充因子越大，器件质量越高，在I-V特性曲线上体现为曲线越接近矩形。计算公式如下：

4.能量转换效率(PCE)：衡量器件综合性能的指标，计算公式如下：

为了提高器件性能，有多种研究思路，例如叠层器件的制造、新材料的选择、器件结构的优化等。

参见图3，较为普遍的器件结构为：ITO/给体材料/活跃层(给体受体材料混合层)/受体材料/缓冲层/Al(ITO/donor/active layer(mixture of donor and acceptor)/acceptor/buffer layer/Al)。这种器件体异质结结构能够将给体材料与受体材料充分混合，增大了给体受体材料的界面，有利于激子的有效的分离，从而提高器件性能，解决了平面异质结的限制。

目前在使用热蒸发蒸镀的有机小分子太阳能电池器件中，并没有实现进一步的结构优化，从而完成对器件性能的提升。

发明内容

本发明目的在于提供一种结构优化的小分子有机太阳能电池器件及其制备方法，在传统有机太阳能电池体异质结的结构基础上，利用热蒸发蒸镀法，在不破坏真空条件的情况下改变基片倾斜程度，在活跃层和受体材料之间掠角蒸镀一定厚度给体材料，制造相分离形貌，完成对器件结构的优化，提高性能。掠角沉积示意图参见图5。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种结构优化的小分子有机太阳能电池器件的制备方法，包括以下步骤：

1)对有机太阳能电池阳极基底材料进行预处理；

2)将基底材料放在真空系统中，在真空度不低于10^-5pa时逐层蒸镀给体材料、活跃层；

3)在活跃层沉积完毕后，掠角蒸镀给体材料；

4)逐层蒸镀受体材料，缓冲层，阴极材料，器件制作完毕。