专利名称：基于Cu(I)配合物三线态材料的有机光伏电池的制作方法
技术领域：
本发明属于有机光伏电池的材料和器件领域，具体的说涉及一种具有长的三线态寿命的Cu (I)配合物磷光材料作为掺杂剂成分的有机光伏电池。
背景技术：
与传统的无机光伏电池相比，有机光伏电池制备工艺简单，具有制造面积大、廉价、简易、柔性等优点。1986年Tang报道了单一给受体异质节有机太阳能电池，因其具有潜在的广阔应用前景，此后学术界和企业界便展开了对有机光伏电池的深入研究。目前的研究发现激子的扩散距离仅有10 nm，所以双层结构中膜的有效厚度为20 nm左右。因此载流子需要在两层中传输一段距离才能到达电极进行收集。双层膜结构所能提供的界面面积非常有限，而且有机半导体的电阻比较大，电荷在输运的过程中很容易复合，从而限制了光电转换效率的提高。2004年，美国普林斯顿大学的!Arrest研究组利用小分子材料和C6tl， 降低了对光伏效应性能影响较大的串联电阻，但是较短的三重态寿命影响光生激子的扩散长度，以至于影响了电池的光电转换效率。2006年，中科院长春光机所李文连课题组设计制备了基于单核Cu (I)配合物三线态材料的有机紫外光伏电池。但是迄今为止还没有将 Cu (I)配合物三线态材料应用到有机光伏电池中的相关报道。本申请中所涉及的Cu (I) 配合物三线态材料具有较长的三线态寿命，合成简单。在有机光伏电池的设计中，将该材料适当地掺杂到电子给体材料中，可以有效的延长光生激子的寿命，即扩大激子的扩散长度， 从而有效的增加有机光伏电池的光电转换效率。该申请所涉及的有机光伏电池，与已申报的国家发明专利“一种新型的有机太阳能电池结构及其制备方法”(申请号200410089314. X)的区别在于不但整体电池结构不同、 掺杂的电子给体材料不同，而且本申请所涉及的有机光伏电池未使用任何激子阻挡层。此外，上述在先申请所用的掺杂剂F4-TCNQ为小分子荧光材料，即单线态材料，而该类单线态材料的缺点在于光生激子的寿命远远低于本申请中的Cu (I)配合物三线态材料，因此本申请中新型Cu (I)配合物三线态材料的使用，对改进有机光伏电池的性能具有重大意义。
发明内容
为了解决背景技术中无机太阳能电池制备工艺复杂、成本高、不适合应用于大面积和柔性衬底电池，以及有机太阳能电池的光生激子扩散长度较短等问题，本发明的目的旨在把一种具有较长三线态寿命的Cu (I)配合物三线态材料应用在有机光伏电池中，延长激子扩散长度，其合成方法简单，电池易于制备。本发明的目的是这样实现的，该有机光伏电池的结构依次是ΙΤ0导电玻璃1、电子给体2、给体-掺杂剂混合层3、电子受体层4、阴极5，见附图2。本发明特点是利用真空镀膜技术，在ITO导电玻璃上真空热沉积电子给体材料(CuPc)，然后接续沉积电子给体-掺杂剂混合层、电子受体层(C60)、最后是Al阴极材料。电子给体材料的厚度15 20 nm, Cu (I)配合物与电子给体材料的混合层厚度为5 nm,Cu (I)配合物的厚度是35、0 nm，Al厚度是100 150 nm。所述的Cu (I)配合物三线态材料，其合成方法为将一价铜盐[Cu (CH3CN)4] BF4,含磷配体二(2-二苯基膦基)苯基醚(DPEphos)以物质的量比为1 1混合，以二氯甲烷等有机溶剂为溶剂，常温搅拌一定时间后，向该反应液中加入同物质的量的含氮配体 4，5，9，16-tetraaza-dibenzo [a, c]naphthacene (BDI3Z),继续反应一段时间。将最后的溶液旋转蒸发，得到红褐色粉末即为目标产物。本发明的优点在于
UCu (I)配合物长寿命三线态材料
本发明采用的是价格低廉、合成方法简单的单核Cu (I)配合物，该Cu (I)配合物具有较长的三线态寿命由一 355 nm NdiYAG 3倍频泵浦的激光器激发，脉冲宽度3 ns。发射光通过TR550双光栅单色仪分光和R955光电倍增管以及162信号平均器测量获得，数据按单指数衰减拟合，三线态寿命为70. 05 ms。2、有机光伏电池
本发明采用的电池结构是“三明治”式的结构，所有功能层材料均是采用真空热蒸镀成膜，电池制备方法较无机太阳能电池的制备方法简单，且易操作。3、有机光伏电池对紫外-可见光的吸收
本发明所述的有机光伏电池对200-800 nm紫外-可见光区有较强的吸收，几乎覆盖整个紫外-可见光区。
图1是本发明所用Cu (I)配合物三线态材料的化学结构式。图2是本发明有机光伏电池的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但本发明不限于这些实施例。在附图2中ΙΤ0导电玻璃1、电子给体层2、电子给体和掺杂剂混合层3、电子受体层4、阴极5。本发明的有机光伏电池中包括ITO导电玻璃1、电子给体层2、电子给体和掺杂剂混合层3、电子受体层4、阴极5。ITO导电玻璃1选用的是ITO玻璃透明导电膜；电子给体层2选用CuPc电子给体材料，厚度为15 20 nm ；电子给体和掺杂剂的混合层3中的材料为CuPc与Cu (I)配合物，厚度为5 nm;电子受体层4选用C60，厚度是35、0 nm ；阴极5选用的是Al材料，厚度是10(T150 nm。照射光源选用的是AM 1.5 G光强为100 mW/cm2的太阳能模拟器，从电池的透明导电膜一侧照射，外电路采用KEITHLEY^Ol检测光照射时产生的电信号。Cu (I)配合物三线态材料的合成方法为将一价铜盐[Cu (CH3CN) 4]BF4、含磷配体二(2-二苯基膦基)苯基醚(DPEphos)以物质的量比为1:1混合，以二氯甲烷等有机溶剂为溶剂，常温搅拌一定时间后，向该反应液中加入同物质的量的含氮配体 4，5，9，16-tetraaza-dibenzo [a, c]naphthacene (BDI3Z),继续反应一段时间。将最后的溶液旋转蒸发，得到红褐色粉末即为目标产物。实施例1选用图2所示的电池结构。在本实施例中，首先在ITO导电玻璃上真空沉积厚度为 15^20 nm的电子给体层CuPc ；然后在电子给体层2上沉积速率比为100 1的电子给体CuPc 和Cu (I)配合物的混合层3，厚度为5 nm，再在混合层3上沉积电子受体层4，厚度是40 nm;最后是阴极，采用金属Al材料，厚度120 nm。上述所有薄膜都采用真空镀膜工艺沉积。 薄膜的厚度使用膜厚监控仪器监测，外电路采用KEITHLEY^Ol检测。效果用光强为100 mff/cm2的太阳能模拟器照射下，得到的电流密度为5. 57 mA/ cm2，开路电压为0. 385 V，填充因子为0. 384，光电转换效率为0. 833 %。实施例2
在实施例1基础上，在ITO导电玻璃上真空沉积厚度为15 20 nm的电子给体层CuPc， 然后在电子给体层2上沉积重量比为100:3的电子给体CuPc和Cu(I)配合物的混合层3， 厚度为5 nm，其他制作条件不变。效果用光强为100 mW/cm2的太阳能模拟器照射下，得到的电流密度为6. 213 mA/ cm2，开路电压为0. 390 V，填充因子为0. 379，光电转换效率为0. 920 %
实施例3
在实施例1基础上，在ITO导电玻璃上真空沉积厚度为15 20 nm的电子给体层CuPc， 然后在电子给体层2上沉积重量比为100:5的电子给体CuPc和Cu (I)配合物的混合层3， 厚度为5 nm，其他制作条件不变。效果用光强为100 mW/cm2的太阳能模拟器照射下，得到的电流密度为3. 157 mA/ cm2，开路电压为0. 457 V，填充因子为0. 374，光电转换效率为0. 538 %。
权利要求
1.一种基于Cu (I)配合物三线态材料的有机光伏电池，该有机光伏电池包括ITO导电玻璃(1)、真空沉积在ITO导电玻璃(1)上面的电子给体层(2)、真空沉积在电子给体层 (2)上面的混合层(3)、电子受体层(4)、阴极(5)，其特征在于所述的混合层(3)是电子给体CuPc和Cu (I)配合物的混合层。
2.根据权利要求1所述的一种基于Cu(I)配合物三线态材料的有机光伏电池，其特征在于所述的电子给体层(2)是用酞菁配合物CuPc材料，厚度为15 20 nm;电子给体CuPc 和Cu (I)配合物的混合层(3)是用CuPc与Cu (I)配合物共蒸得到的，浓度为3%，厚度为 5 nm;电子受体层(4)是用C60，厚度为35 40 nm ；阴极(5)材料是Al，厚度是100 150 nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于Cu(I)配合物三线态材料的有机光伏电池，其特征在于所述的Cu (I)配合物三线态材料的结构式是[Cu (DPEphos) (BDPz)IBF4,
4.根据权利要求3中所述的一种基于Cu (I)配合物三线态材料的有机光伏电池，其特征在于所述的Cu (I)配合物三线态材料，其合成方法为将一价铜盐[Cu (CH3CN) J BF4,含磷配体二(2-二苯基膦基)苯基醚(DPEphos)以物质的量比为1 1混合，以二氯甲烷等有机溶剂为溶剂，常温搅拌一定时间后，向该反应液中加入同物质的量的含氮配体 4，5，9，16-tetraaza-dibenzo[a, c]naphthacene (BDI3Z),继续反应一段时间，将最后的溶液旋转蒸发，得到红褐色粉末即为目标产物。
全文摘要
本发明属于有机光伏电池的材料和器件领域，具体的说涉及一种具有长的三线态寿命的Cu(I)配合物磷光材料作为掺杂剂成分的有机光伏电池。该有机光伏电池包括ITO导电玻璃(1)、真空沉积在ITO导电玻璃(1)上面的电子给体层(2)、真空沉积在电子给体层(2)上面的混合层(3)、电子受体层(4)、阴极(5)，所述的混合层(3)是电子给体CuPc和Cu(I)配合物的混合层。本发明延长激子扩散长度，其合成方法简单，电池易于制备。
文档编号H01L51/42GK102544371SQ20101057509
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月7日 优先权日2010年12月7日
发明者刘春波, 徐占林, 李文连, 李秀颖, 苏斌, 车广波, 高林 申请人:吉林师范大学