一种有机太阳能电池及制备方法
【专利摘要】一种有机太阳能电池及制备方法，包括透明衬底、负极、电子传输层、光活性层、空穴传输层、正极，其特征是所述电子传输层包括修饰层和共轭聚合物PEDOT:PSS两层，其中修饰层为含氨基的材料。电子传输层的制备为：先将PEDOT:PSS水溶液铺满在清洗干净的负极表面，旋涂甩干后退火，然后再将上述修饰层材料溶液旋涂甩干后退火，得到电子传输层。本发明通过将含氨基的修饰层材料旋涂在PEDOT:PSS膜表面，降低了PEDOT:PSS功函，以匹配各层之间的能级关系，使PEDOT:PSS转变到利于电子传输。含氨基碱性的修饰层能中和酸性的PEDOT:PSS从而降低其对ITO的腐蚀，减小其吸湿性，提高了稳定性；常温制备有利于有机太阳能电池柔性卷对卷的商业化生产，且操作简单，制作成本低，生产效率高。
【专利说明】一种有机太阳能电池及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于有机太阳能电池领域。
【背景技术】
[0002] 当前能源危机所带来的压力，迫使各国在太阳能电池等清洁能源领域投入了大量 的人力、物力和财力。有机太阳能电池具有成本低、质轻、柔性、可大面积印刷等特点，使其 成为下一代具有商业化应用前景的绿色能源。有机太阳能电池最初是由活性层插入到聚 (3, 4-乙撑二氧噻吩）：（聚苯乙烯磺酸）（PED0T:PSS)覆盖的氧化铟锡（ITO)正极和一种低 功函的负极（如：铝）中间的传统结构来实现的。然而由于以下三方面影响：1.氧通过小 孔扩散到光活性层；2.铝电极的晶界；3. PED0T:PSS对ITO的腐蚀。这种传统结构的太阳能 电池器件稳定性较差，光电转化效率衰减较快，不利于商业化生产。
[0003] 为解决稳定性问题，电荷收集方向与传统结构相反的反向结构有机太阳能电池被 提出。在这种反向结构的电池中，用在空气中具有高稳定性的高功函金属（如：银和金）作 正极收集空穴，用ITO作负极收集电子。为了有效的在ITO上收集电子，可溶液制备的无机 金属氧化物（如：氧化钛和氧化锌）作为电子传输层修饰ITO已经被广泛的应用于有机太 阳能电池。然而，这些金属氧化物存在一些缺点，其前驱体转换为金属氧化物需要高温烧结 条件，而且金属氧化物表面缺陷较多，导致其电子迁移率低，这对于大面积生产以及卷对卷 印刷是非常不利的。
[0004] 导电聚合物PED0T:PSS具有良好的电学性能，在可见光范围内的高透过率，柔性 以及低温可溶液制备等优点，PED0T:PSS成为一种理想的缓冲层材料。但是，高功函以及酸 性腐蚀ITO等缺点限制了其在有机太阳能电池中应用，因此一直未被应用于电子传输层。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对现有技术存在的问题和不足，提供一种能够有效提高太阳能 电池光电转换效率和稳定性的有机太阳能电池。目的就是提供一种可以实现工艺简单、低 温、低成本、可工业化大规模生产的反向太阳能电池器件的制备方法。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0007] -种有机太阳能电池，包括透明衬底、负极、电子传输层、光活性层、空穴传输层、 正极。
[0008] 所述电子传输层包括修饰层和共轭聚合物PED0T:PSS两层。其中修饰层为含氨基 的材料，优选氨基酸、聚乙烯亚胺（PEI)或乙氧基化聚乙烯亚胺（PEIE)。
[0009] 所述的共轭聚合物PEDOT: PSS构式如下：
[0010]
【权利要求】
1. 一种有机太阳能电池，包括透明衬底、负极、电子传输层、光活性层、空穴传输层、正 极，其特征是所述电子传输层包括修饰层和共轭聚合物PEDOT:PSS两层，其中修饰层为含 氨基的材料。
2. 根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其特征是所述的含氨基的材料为氨基酸、 聚乙烯亚胺或乙氧基化聚乙烯亚胺。
3. 根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其特征是所述的PEDOT:PSS层厚度为 30nm?60nm，修饰层厚度为5nm?30nm。
4. 根据权利要求1或3所述的有机太阳能电池，其特征是所述的TODOT:PSS厚度为 40nm，修饰层的厚度为10_20nm。
5. 权利要求1所述的有机太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：（1)将含有ITO的玻 璃基底清洗干净，在基底上制备得到电子传输层；（2)将光活性层给受体材料，溶解过滤后 旋涂在电子传输层上，即得到活性层；（3)将活性层进行干燥退火；(4)在真空条件下先蒸 镀一层空穴传输层，再蒸镀一层正极；其特征是所述的电子传输层的制备方法为： (1) 在室温条件下，将修饰层材料加到乙二醇单甲醚溶剂中配成浓度为0. lwt%? 10wt%的溶液，磁力搅拌5min?30min，溶解；将PEDOT:PSS水溶液进行超声，备用； (2) 先将上述PED0T:PSS水溶液铺满在清洗干净的负极表面，旋涂甩干后退火，然后再 将上述修饰层材料溶液旋涂甩干后退火，得到电子传输层。
6. 根据权利要求5所述的有机太阳能电池的制备方法，其特征是步骤⑵中 PED0T:PSS层旋涂转速为4000r/min，时间为lmin，修饰层旋涂转速为5000r/min，时间为 lmin，旋涂环境为空气或氮气。
7. 根据权利要求5所述的有机太阳能电池的制备方法，其特征是步骤⑵中 PED0T:PSS层退火温度为120°C?160°C，退火环境为空气或氮气，修饰层退火温度为 100°C?160°C，退火时间为lOmin?20min，退火环境为空气或氮气。
【文档编号】H01L51/46GK104393175SQ201410549066
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】陈义旺, 谌烈, 章勇, 谈利承, 胡笑添 申请人:南昌大学