光活性层、包括该光活性层的有机光伏电池及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本说明书设及光活性层，包括该光活性层的有机光伏电池，及其制造方法。
[0002] 本说明书要求2013年5月10日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第 10-2013-0053376号的优先权和利益，其全部内容通过引用并入本文。
【背景技术】
[0003] 由于无污染的优点，光伏电池从全球环境保护的视角受到重新评估，并且对作为 下一代清洁能源的光伏电池的研究已在活跃地进行。
[0004] 作为迄今已知的光伏电池的类型，存在许多不同的类型，例如化合物半导体太阳 能电池、染料敏化太阳能电池和有机聚合物太阳能电池，包括使用单晶或多晶块体娃的太 阳能电池，和使用非晶、微晶或多晶娃的薄膜型太阳能电池。
[0005] 在相关技术中，使用市售的单晶块体娃的太阳能电池由于高昂的制造成本和安装 成本尚未被积极利用。
[0006] 为了解决成本问题，已经对使用有机材料的薄膜型太阳能电池进行了研究，并且 用于制造高效光伏电池的各种尝试已被提出。
[0007] 有机薄膜光伏电池技术，作为其中使用聚合物或低分子有机半导体将太阳能转换 成电能的技术，是下一代技术，均包括超低价格和通用大量生产的特性，例如薄膜型装置、 大型装置W及基于低成本和制造过程容易（其为有机材料的最大优点）的通过卷对卷法的 柔性装置。
[0008] 通常，有机光伏电池包括由电子给体和电子受体材料的接合结构组成的光活性 层。
[0009] 当光入射到光活性层时，电子和空穴对在电子给体中被激发，并且在电子移动到 电子受体时发生电子和空穴的分离。因此，由光产生的载流子在载流子分离成电子-空穴 并随后移动到外部电路时产生电力。
[0010] 由于上述原因，最近的关注点集中在价格低廉并且可W应用到柔性基底的体异质 结有机光伏电池上。
[0011] 美国专利申请公开第2006-0011233号公开了有机光伏电池，其中使用聚（3-己基 嚷吩）（P3HT)作为电子给体和[6,6]-苯基-C61-下酸甲醋（PCBM)作为电子受体，并且通 过旋涂法引入光活性层，但其能量转换效率不是很高。
[001引[现有技术文献]
[0013][专利文献]
[0014] 韩国专利申请公开第2007-0101430号
【发明内容】
[001引技术问题
[0016] 本说明书设及光活性层，包括该光活性层的有机光伏电池，及其制造方法。
[0017]技术方案
[0018]本说明书的示例性实施方案提供有机光伏电池，其包括：第一电极；设置为与第 一电极相对的第二电极；W及布置在第一电极和第二电极之间的光活性层，其中光活性层 包括电子受体、电子给体、W及含有减小表面能的官能团的化合物。
[0019]本说明书的示例性实施方案提供包括电子受体和电子给体的光活性层，其中光活 性层包括还含有减小电子受体表面能的官能团的化合物。
[0020] 本说明书的另一个示例性实施方案提供用于制造有机光伏电池的方法，所述方法 包括：制备基底；在基底的区域形成第一电极；在第一电极的上部形成包括光活性层的有 机材料层；W及在有机材料层的上部形成第二电极，其中光活性层包括电子受体、电子给 体、W及含有减小电子受体表面能的官能团的化合物。
[0021] 有益效果
[0022] 根据本说明书的示例性实施方案的有机光伏电池将含有减小电子受体表面能的 官能团的化合物引入光活性层的内部，从而使电子受体和电子给体在光活性层内部均匀分 布。在运种情况下，可W调节光活性层的形态，从而提高短路电流密度和填充因子。由此， 可W提供高效的有机光伏电池。
【附图说明】
[0023] 图1是示出根据含有减小电子受体表面能的官能团的化合物的含量，在P3HT/ PCBM膜表面上的硫/氧原子相对比率的图。
【具体实施方式】
[0024] 下文将对本说明书进行详细描述。
[0025]本说明书的示例性实施方案提供一种有机光伏电池，其包括：第一电极；提供为 与第一电极相对的第二电极；W及布置在第一电极和第二电极之间的光活性层，其中光活 性层包括电子受体、电子给体、W及含有减小表面能的官能团的化合物。
[0026]在本说明书中，电子给体一般指具有负电荷或非共价电子对并且向正电荷或电子 对缺乏的部分供给电子。此外，电子给体包括即使不具有负电荷或非共价电子对，但在与电 子受体的混合状态下，当接收光时能够将受激电子转移到由于分子本身的优异电子保留性 质而具有高电负性的电子受体的那些。
[0027]在本说明书中，电子受体是指从电子给体接受电子的那些。
[0028]在本说明书中，表面能是指固体的表面张力，并且可W通过滴下特定溶剂W测量 接触角来计算。通过测量接触角来获得表面能的方法是在本领域中通常使用的方法。
[0029]在本说明书的示例性实施方案中，含有减小表面能的官能团的化合物不与电子受 体或电子给体相结合，因此不影响电子给体或电子受体的功能。
[0030]此外，在本说明书的示例性实施方案中，含有减小表面能的官能团的化合物不影 响电子受体或电子给体的功能。此外，含有减小表面能的官能团的化合物减小表面能而不 用于接受或供给电子。
[0031]在本说明书的示例性实施方案中，含有减小表面能的官能团的化合物可W相比于 对电子给体具有对电子受体的亲和力，从而选择性地减小电子受体的表面能。
[0032] 在本说明书的示例性实施方案中，含有减小表面能的官能团的化合物减小电子受 体的表面能。
[0033] 当选择性地减小电子受体的表面能时，防止了电子给体因为表面能相对低而紧密 堆积在光活性层的表面上的现象。此外，电子受体和电子给体之间的表面能差异可W减小， W允许电子受体和电子给体均匀分布在光活性层的内部，从而提供光活性层的适当形态。 在运种情况下，可W提供高效的有机光伏电池。
[0034] 在本说明书的示例性实施方案中，当含有减小表面能的官能团的化合物被放入光 活性层时，电子受体的表面能与电子给体的表面能相差0. 1 %至30%。
[0035] 在本说明书的示例性实施方案中，含有减小表面能的官能团的化合物在常溫下是 固体化合物，并且即使在制备了光活性层之后也仍保留在光活性层内部。
[0036]目P，根据本说明书的示例性实施方案的含有减小表面能的官能团的化合物不充当 溶解电子受体和电子给体的溶剂。
[0037] 含有减小表面能的官能团的化合物保留在光活性层内部W允许电子受体和电子 给体均匀分布，从而用于控制光活性层的形态。
[0038] 在本说明书的示例性实施方案中，含有减小表面能的官能团的化合物按电子受体 的重量计W0. 25重量％至1重量％的量存在。
[003引在该范围内，电子受体的表面能可W控制为与电子给体的表面能相似。因此，电子 受体和电子给体之间的表面能差异可W减小，W允许电子受体和电子给体均匀分布在光活 性层内部，从而赋予降低光活性层的表面粗糖度的效果。
[0040] 图1是示出根据含有减小电子受体表面能的官能团的化合物的含量，在P3HT/ PCBM膜表面上的硫/氧原子相对比率的图。
[0041] 具体而言，在P3HT中的硫原子和在PCBM中的氧原子的比率通过二次离子质谱法 (SIM巧进行测量。
[0042] 如图1所示，不包括含有减小表面能的官能团的化合物的光活性层膜表面的硫/ 氧原子的比率接近约2倍。可W证实电子给体（P3HT)存在于表面上。当包括含有减小表 面能的官能团的化合物时，可W证实硫/氧的比率降低。
[0043] 另外，可W证实在含有减小表面能的官能团的化合物化2,3,3,4,4,4-屯 氣-N-苯基-下基酷胺）为0. 25重量％至1重量％时，光活性层表面上的硫和氧的含量彼 此相似。可W证明电子受体和电子给体均匀分布。
[0044] 在本说明书的示例性实施方案中，减小表面能的官能团包括至少一个氣基（F)。
[0045] 在本说明书的示例性实施方案中，减小表面能的官能团包括具有1至20个碳原子 的被取代或未被取代的烷基，并且在烷基中取代有至少一个氣基。
[0046] 在本说明书的示例性实施方案中，含有减小表面能的官能团的化合物提供由下式 1表示的化合物。
[0047][式1]
[0048]Ar--L--R
[0049] 在式1中，
[0050]Ar为被取代或未被取代的芳基；或者被取代或未被取代的杂环基，
[0051] L为直接的键；被取代或未被取代的二价酷胺基；被取代或未被取代的亚烷基；被 取代或未被取代的亚芳基；或者包含N、O和S原子中的一者或更多者的被取代或未被取代 的二价杂环基，并且
[0052] R是具有1至20个碳原子的烷基，其被至少一个氣基取代。
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