[发明专利]一种基于ZnO电子传输层改性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ZnO电子传输层改性的有机太阳能电池及其制备方法，属于有机半导体薄膜太阳能电池领域，从下至上依次为：衬底、透明导电阴极ITO、ZnO电子传输层、光活性层、空穴传输层和金属阳极层，配制改性后的ZnO前驱体溶液，之后涂覆在所述透明导电阴极ITO表面相形成薄膜，并将所形成的薄膜进行烘烤，得到ZnO电子传输层，改性后的ZnO前驱体溶液的配制方法为，在乙二醇甲醚中加入醋酸锌和乙醇胺溶解得到ZnO前驱体溶液，随后掺杂金属盐和聚合物，充分溶解并混合均匀后得到改性后的ZnO前驱体溶液。优化了ZnO阴极缓冲层与活性层之间的接触，降低了界面间的接触电阻，提高了光生载流子的传输能力，提高了短路电流，最终提高了整个有机太阳能电池的性能。

技术领域

本发明属于有机半导体薄膜太阳能电池领域，具体涉及一种基于ZnO电子传输层改性的有机太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着世界经济的发展，能源消耗、环境污染等问题日益成为世界各国关注的首要问题，传统化石能源随着人们的不断开发已经趋于枯竭的边缘。太阳能作为一种可再生能源正符合这一要求。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，若把地球表面0.1％的太阳能转为电能，转变率5％，每年发电量就可达5.6×1012千瓦/小时。在太阳能的有效利用中，太阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。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，基于无机半导体材料的无机太阳能电池在太阳能电池应用中占据了主导地位。但是无机半导体材料本身有其不足之处，比如加工工艺非常复杂、材料要求苛刻、不易进行大面积柔性加工、某些材料具有毒性等，这些缺点制约了无机太阳电池的进一步发展。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，而且还具有质量轻、可湿法成膜、能加工成特种形状、易制成柔性器件、甚至可以实现全柔性化等显著优势，目前己经成为国内外研究的热点之一，也是解决能源危机的希望所在。

有机太阳能电池一般采用反型结构，从下到上依次为：衬底、ITO透明导电阴极、电子传输层、活性层、空穴传输层和金属阳极。在研究有机太阳能电池光电效率的众多实验中，电子传输层多采用溶胶凝胶ZnO薄膜。目前，在太阳能电池中采用旋涂工艺制备溶胶凝胶ZnO薄膜作为电子传输层时，通常采用的溶剂为乙二醇甲醚(C3H8O2)，再通过热退火来形成电子传输层薄膜。采用以上传统方法制备成的ZnO电子传输层存在一些缺陷：ZnO前驱体溶液的溶胶稳定性与溶液陈化时间密切相关，传统工艺过程中的溶胶稳定性较差；同时，传统工艺成膜的ZnO颗粒之间的间隙较大，分散不均，容易形成表面缺陷，从而导致载流子的传输与分离受阻，器件拥有较高的载流子复合几率和较大的界面接触电阻，这些都大大减低了器件捕获太阳光、传输光生载流子的能力，抑制了整个器件的性能。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种基于ZnO电子传输层改性的有机太阳能电池及其制备方法，以解决上述传统工艺成膜的ZnO颗粒之间的间隙较大，分散不均，容易形成表面缺陷的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于ZnO电子传输层改性的有机太阳能电池，所述有机太阳能电池采用反型结构，从下至上依次为：衬底、透明导电阴极ITO、ZnO电子传输层、光活性层、空穴传输层和金属阳极层，所述ZnO电子传输层的制备方法为，在室温条件下配制改性后的ZnO前驱体溶液，将改性后的ZnO前驱体溶液涂覆在所述透明导电阴极ITO表面相形成薄膜，并将所形成的薄膜进行烘烤，得到所述ZnO电子传输层，所述改性后的ZnO前驱体溶液的配制方法为，在乙二醇甲醚中加入醋酸锌和乙醇胺溶解得到ZnO前驱体溶液，随后掺杂金属盐和聚合物，充分溶解并混合均匀后得到改性后的ZnO前驱体溶液。