[发明专利]一种葡聚糖或其衍生物作为太阳电池阴极界面修饰层的应用

说明书

本发明属于有机/聚合物光伏技术领域，具体涉及一种葡聚糖或其衍生物作为太阳电池阴极界面修饰层的应用。将具有水/醇溶性的葡聚糖或其衍生物通过溶液加工的方法制作在倒置型光伏器件的活性层和阴极之间，达到有效修饰光伏器件阴极的作用，从而提高有机/聚合物光伏器件的填充因子、开路电压和能量转换效率的目的。基于该类葡聚糖或其衍生物的应用，可以获得高光伏性能的有机/聚合物太阳电池器件。

技术领域

本发明属于有机/聚合物光伏技术领域，具体涉及一种葡聚糖或其衍生物作为太阳电池阴极界面修饰层的应用。

背景技术

有机太阳电池作为一类新型的太阳能转化成电能的技术，因其成本低、制作简单、材料结构多变、重量轻、大面积柔性制备等优点，得到了科学界和产业界的广泛关注。在有机/高分子光伏技术领域，本体异质结结构是被广泛接受和使用的一种器件结构。在本体异质结太阳电池器件的活性层中，其包含了有机或者高分子给体材料和受体材料。目前，众多的给体材料和受体材料被科研工作者开发出来。

另外，在有机/高分子太阳电池领域，倒装聚合物太阳能电池作为传统聚合物太阳能电池的对应物，具有增强器件性能和稳定性的主要优势。随着近年来的快速发展，本体异质结太阳电池的能量转换效率(PCE)已达到17％以上，能量转换效率(PCE)的快速发展得益于新型给电子材料和界面工程的发展，特别是，活性层和阴极层之间的阴极修饰层在本体异质结太阳电池的性能中起着关键作用，因为它们对电子提取过程至关重要。

由于氧化锌具有溶液加工过程简单、电子迁移率相对较高、能级适中以及在整个太阳光谱中具有较高的透光率等优点，氧化锌成为聚合物太阳能电池中使用最广泛的阴极层材料，但是氧化锌在溶液加工过程中容易形成表面缺陷，从而降低其电子迁移率，导致电荷复合并严重降低器件性能。因此，众多研究者研究合成了一系列有机小分子或聚合物材料(聚乙烯亚胺、苝双酰亚胺和聚乙烯吡咯烷酮)作为阴极修饰层去钝化氧化锌的表面缺陷，降低氧化锌功函数，改善其光伏性能。但是，聚乙烯亚胺、苝双酰亚胺和聚乙烯吡咯烷酮等聚合物或小分子材料成本较高、且污染环境。

发明内容

本发明提供了一种葡聚糖或其衍生物作为太阳电池阴极界面修饰层的应用。将葡聚糖或其衍生物用于倒置型有机/聚合物太阳电池器件的阴极界面修饰层；其厚度为1～20纳米。

阴极界面修饰层是通过溶液加工的方法制作在倒置型光伏器件的活性层和阴极层之间；葡聚糖或其衍生物溶液的浓度为0.1～1mg/ml。主要目的为优化金属氧化物的功函，改善器件中的短路电流与填充因子。

溶解葡聚糖或其衍生物的溶剂为水。

完成葡聚糖及其衍生物薄膜的制备后，需用醇类或酮类溶液萃取薄膜上的残余溶剂，并静置1～100分钟。

活性层为具有电子给体材料和电子受体材料的本体异质结结构薄膜层；其中电子给体材料选自于宽带隙或中等带隙聚合物给体；电子受体材料选自富勒烯或者富勒烯衍生物、窄带隙有机小分子或聚合物受体。活性层中的给体电子材料与受体电子材料的质量比介于10:0.1～0.1:10。

阴极层为氧化锌薄膜、氧化钛薄膜、碳酸铯、氧化铝等金属氧化物薄膜。完成葡聚糖及其衍生物薄膜的制备后，需用醇类或酮类溶液萃取其薄膜上的残余溶剂，并静置1～100分钟。

有益效果：

采用葡聚糖及其衍生物作为有机/聚合物太阳电池器件的阴极修饰层，葡聚糖及其衍生物可以从天然作物中提取，也可人工合成，并且具备价格低廉、绿色环保等优势，同时葡聚糖及其衍生物薄膜可以钝化氧化锌表面缺陷，降低电荷复合概率，使制备的电池器件性能表现优。

附图说明：

图1基于全聚合物太阳能电池，葡聚糖作为阴极界面修饰层的电压-电流密度曲线；

图2基于全聚合物太阳能电池，葡聚糖作为阴极界面修饰层的外量子效率曲线；