[发明专利]一种基于虾青素添加剂的有机太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于虾青素添加剂的有机太阳能电池及其制备方法，涉及有机聚合物光伏器件或有机半导体薄膜太阳能电池领域，本发明包括从下到上依次层叠设置的衬底层、透明导电阴极ITO、阴极缓冲层、光活性层、阳极缓冲层和金属阳极；光活性层的重量百分比组成为：电子给体39‑39.5％，电子受体57‑60％，虾青素0.5‑4％；本发明在光活性层中加入虾青素，虾青素作为一种断链抗氧化剂，具有极强的抗氧化能力，拥有淬灭单线态氧和捕捉自由基的能力，降低光活性层中陷阱态密度，提高电荷在光活性层中的载流子迁移率，从而提升了器件的光电转换性能和寿命。具有光电转换性能高、寿命长、制备工艺简单、制程短、成本低的优点。

技术领域

本发明涉及有机聚合物光伏器件或有机半导体薄膜太阳能电池领域，更具体的是涉及一种基于虾青素添加剂的有机太阳能电池及其制备方法。

背景技术

伴随着经济快速的发展，能源的需求越来越大，当今世界经济和政治的动荡不安多半是伴随着能源的争夺而产生的。太阳能作为新型清洁能源，取之不尽，用之不竭，分布广泛。根据材料的不同，太阳能电池主要分为两类，有机太阳能电池和无极太阳能电池，近年来，有机太阳能电池因为其独有的一些优势受到了广大研究人员的关注。而这其中，有机薄膜太阳能电池又因其器件制备工艺简单，还有材料易合成和分子化学结构容易修饰的优点，得到了快速的发展。

近年来，有机薄膜太阳能电池的效率不断提升，问题也随之而来，如何解决其寿命问题，如何降低光活性层中缺陷态密度，提升载流子迁移率，这些问题亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于：如何延长太阳能电池寿命、如何降低光活性层中缺陷态密度、如何提升载流子迁移率的技术问题，本发明提供一种基于虾青素添加剂的有机太阳能电池及其制备方法，虾青素拥有淬灭单线态氧和捕捉自由基的能力，能够降低光活性层中陷阱态密度，提高电荷在光活性层中的载流子迁移率，从而提升了器件的光电转换性能和寿命。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种基于虾青素添加剂的有机太阳能电池，该太阳能电池采用反型结构，包括从下到上依次层叠设置的衬底层、透明导电阴极ITO、阴极缓冲层、光活性层、阳极缓冲层和金属阳极；光活性层4为PTB7:PC71BM:虾青素光活性层；

进一步地，所述光活性层中，电子给体材料为PTB7。

进一步地，所述光活性层中，电子受体材料为PC71BM。

进一步地，所述阴极缓冲层材料为TPBi、BCP、Bphen、Alq3、ZnO或TiO2中的一种或多种，阴极缓冲层厚度范围为1-20nm。

进一步地，所述阳极缓冲层材料为PEDOT:PSS，阳极缓冲层厚度为15-50nm。

进一步地，所述金属阳极材料为Ag、Al或Cu中的一种或多种，金属阳极厚度为100-300nm。

进一步地，所述衬底层材料为玻璃或透明聚合物，所述透明聚合物材料为聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂或聚丙烯酸中的一种或多种。

一种基于虾青素添加剂的有机太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、由透明衬底层1及透明导电阴极ITO 2所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；

步骤2、在经过步骤1处理的透明导电阴极ITO 2表面旋转涂覆ZnO制备阴极缓冲层3，并将所形成的薄膜进行热退火；

步骤3、在阴极缓冲层3上采用旋涂制备PTB7:PC71BM:虾青素光活性层4；

步骤4、在光活性层4表面旋转涂覆PEDOT:PSS溶液制备阳极缓冲层5；

步骤5、在阳极缓冲层5上蒸镀金属阳极6。