具有激子阻挡及太阳光增敏的一体式空穴传输层的有机太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种有机光电子器件及其制备方法，特别是涉及一种有机太阳能电池(OPV)及其制备方法，应用于绿色太阳能源技术领域。
【背景技术】
[0002]有机光电子技术是近10年来世界学术界发展迅猛的高科技之一。随着成膜技术的快速发展及有机材料或有机/无机杂化材料设计的多样性，有机电致发光器件、有机太阳能电池(organic photovoltaic cell，0PV)、有机场效应晶体管等有机光电子产品逐渐发展成熟，且具有易于大面积制备、柔性、抗震压等优点。其中，利用清洁能源的有机太阳能电池凭借其绿色环保、低成本等优点，在能源技术领域倍受瞩目；采用有机小分子/聚合物材料及简易的成膜工艺已经取得了光电转换效率超过12%的突破性进展，为缓解化石能源的枯竭和保证人类社会的可持续发展提供了良好的解决方案。尤其是OPV中的平面异质结由于其结构简单，对材料纯度要求不高，因此是科研工作者初步探索材料特性及器件结构性能的首选。
[0003]然而，传统的OPV器件具有一些缺点:
1.太阳光谱中紫外光、可见光、红外光的比例固定，如需增强某一部分的光强，需通过物理光学设计或制备特殊复杂的微纳结构以达到聚光或增强反射和折射的目的、或者通过设计复杂结构的级联式OPV(cascade OPV)拓宽对太阳光的吸收；
2.传统的平面异质结电池中的给/受体的激子分离不够充分，导致短路电流偏低；
3.体异质结中形貌结构复杂，较难准确控制，机理不明之处较多；
4.空穴和电子的注入和传输速率不匹配导致最终产生的光生电流受限。
[0004]OPV中传统的空穴注入或传输材料为poIy(3，4-ethylened1xyth1phene):poly(styrenesulfonate) (PED0T:PSS)，具有优良的平滑导电基板，抑制漏电流得到较高开路电压的作用，然而同时也是强激子淬灭剂，这影响了 OPV在现实应用领域的推广。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种具有激子阻挡及太阳光增敏的一体式空穴传输层的有机太阳能电池及其制备方法，采用增加阳极端激子阻挡层，在OPV内形成透明阳极-空穴注入层-激子阻挡层-给体层的新型复合功能层结构，使一体式空穴传输层能够同时实现激子阻挡和太阳光增敏的作用，本发明工艺简单，同时节约材料，降低成本，具有重大的产业价值。
[0006]为达到上述发明创造目的，本发明的构思是:
创造基于具有激子阻挡及太阳光增敏的一体式空穴传输层的有机太阳能电池器件，器件主要特点是不需要额外的复杂的光学设计或制备微纳结构以增强太阳光强度或提供有利的反射和折射，此空穴传输层即可吸收紫外光发射蓝光或绿光从而额外增加入射光光子数量，且同时具有电子阻挡作用。器件结构简单，单一空穴传输层同时具备两种功能，且其能级与给体层匹配对器件开路电压无不良影响，较高的空穴迀移率不会制约器件填充因子。通过合理的选择材料，巧妙地同时实现激子阻挡及太阳光增敏作用。
[0007]根据上述发明构思，采用下述技术方案:
一种具有激子阻挡及太阳光增敏的一体式空穴传输层的有机太阳能电池，从下到上依次由衬底层、透明导电阳极层、空穴注入层、激子阻挡层、给体层、受体层、电子传输层和电极阴极层结合组成，给体层采用窄带系具强吸收的有机太阳能电池材料中的任意一种材料或任意几种材料制成，受体层采用富勒烯或富勒烯衍生物材料中的任意一种材料或任意几种材料制成，激子阻挡层的厚度为5_20nm，激子阻挡层的材料是宽带隙的具紫外吸收而几乎不吸收可见光的空穴传输材料，且激子阻挡层的能级与给体层的能级匹配。
[0008]上述透明衬底及透明导电阳极所组成的基板的厚度为100-150nm，上述空穴注入层的厚度优选为5-10nm，上述给体层的厚度优选为10-25nm，上述受体层的厚度优选为30-50nm,上述电子传输层的厚度优选为5-10nm，上述电极阴极层的厚度优选为80-100nmo
[0009]上述激子阻挡层材料优选采用蓝色荧光材料、绿色荧光材料、蓝色磷光材料和绿色磷光材料中的任意一种材料或任意几种材料，蓝色荧光材料采用深蓝染料5-(4-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin_2-yl)phenyl)-10,10-diphenyl-5,10-dihydrodibenzo[b,e][1,4]azasiline (DTPDDA)、4，4，_Bis(2，2-diphenyIvinyl )-1,1，-biphenyl (DPVBi)、dipheny1-(4-{2-[4-(2-pyridin-4-yl-vinyI)-phenyI]-vinyl}-phenyl)-amine (DPVPA)、2，7-bis[2-(4-tert-butylphenyl) pyrimidine-5-yl]-9^'-Spirobifluorene(TBPSF)、5,10,15-tribenzyl-5H-diindolo [3,2-a:3，，2’-c]-carbazole(TBDI)、N，N’-dipheny1-N, N’-bis(l-naphthyl phenyl)_l，I’-biphenyl_4，4’-diamine (α-NPD)、N，N’-diphenyl_N，N’-bis(1-naphthyl)_1,1，-bipheny 1-4,4’-diamine(NPB)、4,4’-bis-9-carbozylbiphenyl (CBP)、4,4，_bis[(N-carbazole) styrylJbiphenyl (BSB-Cz)、2，4_bis{3-(9H-carbazol-9-yl)-9H-carbazol-9-yl}-6-phen yl-1,3,5-triazine (CC2TA)中的任意一种材料或任意几种材料;绿色焚光材料采用rhodamine 6G (R6G)、2，3，6，7-tetra hydro-1,1,7,7- tetramethyl-ΙΗ,5H,IlH-10-(2-benzothiazolyl)quinoli zino_[9，9a,lgh]coumarin (C545 T)、(4s，6s)_2，4，5，6-tetra(9H-carbazol_9-yl)isophth alonitrile(4CzIPN)中的任意一种材料或任意几种材料；蓝色磷光材料采用iridium bis (4 , 6-dif1roPheny1-pyridi nato_N，C’)picolinate (Firpic)、iridium (m)bis(4,6-difluorophenylpyridinato)tetra kis(1-pyraZoIyl)borate (Fir6)、Iridium(in)bis(4,6-difluoropheny1-pyridinato)-5- (pyridine-2-yl)-lH-tetrazolate) (FirM)中的任意一种材料或任意几种材料；绿色磷光材料采用fac-tr is (2-phenyl pyridine)iridium (Ir (ppy )3)Nbis(2-phenyl pyridine) iridium(acetyl-acetonate) ((ppy)2lr(acac))和tris[3，6-bis(phenyl)-pyridazinato-Ni，C2' ]iridium (Ir(BPP ya)3)中的任意一种材料或任意几种材料。
[0010]上述衬底层的材料优选为刚性玻璃材料、透明聚合物柔性材料或生物可降解的柔性材料中的任意一种材料或任意几种的复合材料，其中透明聚合物柔性材料为聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、聚酰树脂和聚丙烯酸中的任意一种材料或任意几种材料。
[0011]上述透明导电阳极的材料优选为氧化铟锡(ITO)、导电聚合物poly(3，4-ethylened1xy th1phene): poly (styrene sulfonate) (PEDOT:PSS)、石墨稀(graphene)、碳纳米管(carbon nanotube)、金属单质、金属单质纳米线、金属合金纳米线、金属异质结纳米线中的任意一种材料或任意几种材料。
[0012]上述空穴注入层的材料优选为Mo03、V205、Ni02、W03中的任意一种材料或任意几种材料。
[0013]上述给体层的材料优选为窄带系给体材料中的boron subphthal o cyan inechloride (SubPc)、copper phthalocyanine (CuPc)、chloroaluminium phthalocyanine(ClAlPc)、zinc phthalocyanine (ZnPc)、rubrene、tetraphenyldibenzoperiflanthene(DBP)、bis[2-(4_tertbutylphenyl)benzothiazolato_N，C2’]iridium(acetylacetonate)(t_bt)2Ir (acac)、4-(dicyanomethylene)-2-t-butyl_6-( I , I , 7 , 7-tetramethyljulolidy 1-9- enyl) -4H_pyran (DCJTB)中的任意一种材料或任意几种材料。
[OOM]上述受体层材料优选为富勒稀或富勒稀衍生物材料中的C6Q、C7Q、[6,6]-phenylC71 butyric acid met