[发明专利]一种基于金属纳米颗粒磁热效应退火工艺的有机光伏器件制备工艺

说明书

本发明涉及一种基于金属纳米颗粒磁热效应退火工艺的有机光伏器件制备工艺，氧化铁纳米颗粒掺杂的光活性层为在配制溶液时将氧化铁纳米颗粒溶液少量掺杂到光活性层溶液中进行共同旋涂制备，制备成膜后将太阳能电池器件置于通有交变电流的导线圈中，利用金属薄层的磁热效应实现非接触式直接加热器件整体，从光活性层直接进行有效的热退火处理，具备更好的结晶特性及内部电荷传输特性，能够有效提升器件短路电流特性，其次氧化铁纳米颗粒层能够有效改善光活性层与电极缓冲层间的接触特性，实现对光伏器件能量损耗的抑制，提高器件的开路电压特性，最后，磁性纳米颗粒的弱磁光效应能够进一步的提高光活性层对光波的吸收特性。

技术领域

本发明属于有机聚合物光伏器件或有机半导体薄膜太阳能电池领域，具体涉及一种基于金属纳米颗粒磁热效应退火工艺的有机光伏器件制备工艺。

背景技术

随着世界经济的飞速发展和科学技术的日益更新，新型能源的开发与利用是当前社会发展的基础所需及重点发展方向。目前，新型清洁能源主要包括：风能、热能、核能及太阳能等，在此前提下，太阳能以其取值不尽，用之不竭，完全绿色无污染等特性收到研究人员的广泛关注。关于太阳能的利用，目前主要分为光伏技术于光热技术两大类，而太阳能光伏家属作为一种直接将光能转换为电能的能源获取手段，以其独特的能源获取方式及有效的电能产出成为前沿热门研究领域。光伏研究的发展主要经历了第一代硅基光伏电池，第二代无机化合物光伏电池及目前以有机、钙钛矿等为主的第三代薄膜光伏电池，其中，第三代薄膜有机太阳能光伏器件以其良好的柔韧性、可大面积生产、质轻无毒等特点成为了目前光伏领域研究中不可或缺的一部分，其也被认为是理想的可穿戴电子皮肤功能装备原型。

近年来，Y系列基于非富勒烯受体的有机太阳能电池已将性能迅速提高到18％以上，这主要归功于其理想的光学和电学性能确保了该类型器件具有足够高的短路电流密度和填充系数，但是相较于这两特性而言，开路电压低仍然是该类型光伏器件的一大缺陷。基于此，开发新材料或设计新颖的器件结构以改善有机光伏器件的开路电压已成为有机光伏进一步商业化的关键问题。

目前，Y系列非富勒烯有机光伏器件性能直追传统商业化的硅基光伏器件性能(20％)。近3年来，大量的基于Y系列非富勒烯材料的新型材料合成也成为研究人员主要的研究目标，然而，快速的材料合成发展导致真的对器件光活性层及器件内部工作机理的研究略有缺乏。因此，研究如何控制有机光活性层内部结晶情况、如何优化不同功能层之间的接触情况，是提高有机太阳能电池功率转换效率、提高器件稳定性的有效途径，也是目前有机太阳能电池领域研究的重点及难点之一。

金属纳米颗粒磁热效应退火工艺的有机光伏器件，属于有机半导体薄膜太阳能电池领域，采用反型结构，从下到上依次为衬底，透明导电阴极ITO，ZnO阴极缓冲层，氧化铁纳米颗粒掺杂的光活性层，MoO3阳极缓冲层，金属阳极；氧化铁纳米颗粒掺杂的光活性层为在配制溶液时将氧化铁纳米颗粒溶液少量掺杂到光活性层溶液中进行共同旋涂制备，制备成膜后将太阳能电池器件置于通有交变电流的导线圈中，利用金属薄层的磁热效应实现非接触式直接加热器件整体，从光活性层直接进行有效的热退火处理。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于金属纳米颗粒磁热效应退火工艺的有机光伏器件制备工艺，制备过程包括以下步骤：

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

步骤2：在透明导电阴极ITO表面旋转涂覆、印刷或喷涂阴极缓冲层ZnO溶胶凝胶前驱溶液，并进行热退火，退火温度为200℃，退火时间为2H；

步骤3：滴加PM6:Y6：Fe3O4混合溶液于ZnO缓冲层上，并通过旋涂工艺制备混合光活性层，旋涂时的旋转转速为4000rpm，时间为40s,涂覆的厚度为110nm；