[发明专利]一种有机-无机阴极修饰层材料的有机太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种有机‑无机阴极修饰层材料的有机太阳能电池及其制备方法。所述有机太阳能电池包括阴极基底、阴极修饰层、光敏活性层、阳极修饰层和阳极；所述阴极修饰层材料由多巴胺改性的Ti₃C₂T_x与ZnO掺杂而成，且多巴胺改性的Ti₃C₂T_x掺杂质量百分比为2～8％。本发明制备的阴极修饰层属于有机‑无机杂化结构，具有优良的电子传输能力，且多巴胺在温和条件下可实现多功能修饰涂敷在各种有机材料和无机材料的表面，有效改善ZnO界面形貌和结晶性，增强电子传输和降低复合；相对于未掺杂Ti₃C₂T_x‑PDA的太阳能电池，本发明的有机‑无机复合结构协同提升有机太阳能电池的光电转换效率，最高可提升22.74％。

技术领域

本发明属于有机太阳能电池技术领域，特别涉及一种有机-无机阴极修饰层材料的有机太阳能电池及其制备方法。

背景技术

开发清洁可持续能源一直作为各国科学家的研究热点，有机太阳能电池由于其重量轻、原料价格便宜、可大面积柔性制备、可溶液加工等优点引起了研究者的广泛关注。有机太阳能电池一般由ITO基底、阴极(阳极)修饰层、光敏活性层、阳极(阴极)修饰层以及金属电极组成。按电荷传输方向，太阳能电池可分为正装结构和倒装结构其中，其中，倒装结构相比正装结构具有更高光电转换效率和稳定性。

目前，ZnO作为阴极修饰层材料的代表，具有可溶液加工、适宜的能级、在紫外-可见光区高透光率等优点。然而纯ZnO层低的电荷迁移率经常引起光生载流子的复合，严重损害器件性能，此外，ZnO作为金属氧化物与有机活性层存在不良的界面接触也会引起载流子的复合。因此，本领域亟需改善ZnO的电荷迁移率及其与活性层材料的界面接触。

Nafees Ahmad采用将聚多巴胺旋涂在ZnO底部来改善ZnO的结晶性和电荷传输效率，获得了优异的效率(J.Mater.Chem.C7,10795-10801)；Hsiu-Cheng Chen将PEI掺杂到ZnO前驱体溶液中有效钝化了ZnO表面缺陷，并将其作为阴极修饰层应用于聚合物太阳能电池，显著提升了光电转换效率(ACS Appl.Mater.Interfaces 2015,7,6273-6281)。然而，多巴胺/氧化锌双层电子传输层只能改善底层ZnO颗粒的排布和结晶性。聚合物薄膜导电性差，对厚度变化敏感，造成器件性能受到限制。本发明采用有机多巴胺改性的Ti₃C₂T_x掺杂ZnO作为单层电子传输层，一方面利用Ti₃C₂T_x的良好电导率，另一方面，能够结合有机材料钝化ZnO颗粒表面缺陷的作用。

发明内容

针对现有方案的不足，本发明提供一种能显著提升光电转换效率的有机-无机阴极修饰层材料的有机太阳能电池及其制备方法。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种有机-无机阴极修饰层材料的有机太阳能电池，包括阴极基底、阴极修饰层、光敏活性层、阳极修饰层以及阳极层；所述阴极修饰层由多巴胺改性的Ti₃C₂T_x(Ti₃C₂T_x-PDA)与ZnO掺杂而成，且多巴胺改性的Ti₃C₂T_x掺杂质量百分比为2～8％。

进一步的，所述阴极修饰层中Ti₃C₂T_x为无机二维片层材料，且片大小为100-200nm，所述阴极修饰层的厚度为30-50nm。

进一步的，阴极基底为铟锡氧化物玻璃(ITO)。