具有电子传输层的高效有机光伏电池的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有电子传输层的高效有机光伏电池，包括依次层叠的衬底、阳极、活性层、电子传输层和阴极，其中，活性层包括层叠而成的电子给体材料和电子受体材料，其中电子给体材料为通式（VI）表示的有机化合物，电子受体材料为碳60及其衍生物或者碳70及其衍生物；电子传输层的材料是单体具有结构式（I）的聚合物；该电池具有较高的能量转换效率和开路电压。
【专利说明】具有电子传输层的高效有机光伏电池
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及光电器件领域，尤其涉及一种光伏电池。
【背景技术】
[0002]随着全球能源需求的逐年增加，石油、煤炭等一次性能源的日渐枯竭，人们对风能、太阳能等可再生资源投入了更多的关注和研究，其中基于光伏效应的光伏电池是其中的热点之一。
[0003]目前，市场上成熟的太阳电池主要为基于单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓、磷化铟以及多晶膜化合物半导体等无机光伏电池，其中，多晶硅和非晶硅光伏电池在民用光伏电池市场上占主导地位。经过五十余年的发展，无机单晶硅太阳电池的光电转换效率已经由发明之初的6%，提高到目前的最高效率可达30%以上，但是由于无机半导体太阳电池对材料纯度的要求非常高，且价格昂贵，因此其应用受到很大限制。
[0004]1986年，美国柯达公司首次在同一器件中引入给体和受体材料，形成异质结电池转换效率达到1%，标志着有机半导体制备的光伏器件取得突破。1992年Sariciftci等在对MEH-PPV/C6Q复合体系的研究中发现二者在基态没有相互作用，但是C6tl对MEH-PPV的荧光却有很强的猝灭作用，并提出体系中存在光诱导电子转移过。人们对不同的复合体系进行深入研究，证明了光诱导电子转移的存在。这一过程在几个皮秒内完成，可以有效地阻止光激发产生的电子和空穴再发生复合。光诱导电荷快速能量转移现象的发现是聚合物太阳电池理论方面的重大突破，为聚合物太阳电池效率的提高提供了理论支持。
[0005]1995年俞钢等人通过将电子给体材料与受体材料共混，制得共轭聚合物MEH-PPV和碳60互穿网络结构的太阳电池，其能量转换效率达到2.9%。在这种体系中，电子给体材料与受体材料形成双连续的互穿网络状结构，这种结构大大增大了二者界面面积，使异质结更加分散，这种将异质结结构分散到整个活性层的结构，实际上将整个活性层变为一个大的本体异质结，从而在活性层中的任何位置均可产生电荷。只要各相材料形成从二者界面到各自电极的连续通道，那么，由光子到电子的转换效率可以得到很大的提高。这就是人们常说的光伏电池。
[0006]体异质结概念产生克服了单层、双层/多层器件的结构缺陷。由于电子给体与电子受体各自形成网络状连续相，光诱导所产生的电子与空穴分别在各自的相中输运并在相应的电极上被收集，光生载流子在到达相应的电极前被重新复合的几率大大降低，从而提高了光电流。这样，体异质结结构就能大幅度的提高光电能量转换效率。如今，体异质结概念已广泛用于基于聚合物的太阳电池，能量转换效率已能达到5%以上，其具有诱人的发展方向。另外，目前有机太阳电池的开路电压一般只能达到0.60?0.SOeV左右，尚不能达到大规模生产的要求。因此，人们进行了大量的实验来寻找能量转换效率更高的活性层材料以及开路电压更高的电子传输层材料，期望得到器件性能更高的有机光伏电池。
【发明内容】
[0007]本发明公开了一种具有电子传输层的高效有机光伏电池,其同时具有较高的能量转换效率和开路电压，从而具有良好的器件性能。
[0008]本发明的包括电子传输层的光伏电池包括依次层叠的衬底、阳极、活性层、
[0009]电子传输层和阴极，其中，
[0010]活性层包括层叠而成的电子给体材料和电子受体材料，其中电子给体材料为通式(VI)表示的有机化合物，电子受体材料为碳60及其衍生物或者碳70及其衍生物，
[0011]
【权利要求】
1.一种具有电子传输层的高效有机光伏电池，包括依次层叠的衬底、阳极、活性层、电子传输层和阴极，其特征在于， 活性层包括层叠而成的电子给体材料和电子受体材料，其中电子给体材料为通式(VI)表示的有机化合物，电子受体材料为碳60及其衍生物或者碳70及其衍生物，
2.如权利要求1所述的光伏电池，其特征在于，所述A为取代苯基II时，其中R1,R2,R3, R4分别独立地指氢、卤素、羟基、胺基、甲基、乙基。所述R1, R2, R3和R4中优选至少有一个为羟基或胺基，所述羟基或胺基进一步取代成其相应的磷酸酯、羧酸酯、磺酸酯、酰胺、肽类及相应的有机盐或无机盐类衍生物。
3.如权利要求1所述的光伏电池，其特征在于，所述A为取代苯基III时，其中R5,R6,R7, R8分别独立地指氢、卤素、羟基、胺基、甲基、乙基、苄基、烷氧基、硝基、酰氧基或酰胺基，且R5, R6, R7, R8不同时为氢。所述R5, R6, R7和R8中优选至少有一个为羟基或胺基，所述羟基或胺基进一步取代成其相应的磷酸酯、羧酸酯、磺酸酯、酰胺、肽类及相应的有机盐或无机盐类衍生物。
4.如权利要求1所述的光伏电池，其特征在于，所述A为取代杂环IV或取代杂环V时，R1Q，Rn，R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18分别独立选自氢、卤素、羟基、胺基、取代胺基、氰基、烷基、烷氧基。
5.如权利要求1~4中任一项所述的光伏电池，其特征在于，衬底的材料为玻璃、柔性高分子或金属基材。
6.如权利要求1~4中任一项所述的光伏电池,其特征在于，阳极的材料为金属氧化物或含有掺杂物的金属氧化物。
7.如权利要求1~4中任一项所述的光伏电池,其特征在于，阴极的材料为不透光金属。
【文档编号】H01L51/46GK103811662SQ201310545840
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月6日 优先权日:2013年11月6日
【发明者】张翠 申请人:溧阳市江大技术转移中心有限公司