堆叠型有机太阳能电池的制作方法

本说明书要求于2014年4月21日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2014-0047197号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

本说明书涉及堆叠型有机太阳能电池。

背景技术：

人类目前使用的化石燃料量增加非常迅速以致于化石燃料处于在几百年内耗尽的风险之中。另外，由于该原因，二氧化碳以及其他温室气体向空气中的排放不断增加正逐渐引起严重问题。相比之下，作为无污染绿色能源的可再生能源的利用仍为总能源的约2％。因此，人类目前对新可再生能源的开发和研究表现出巨大兴趣，并且特别地有倾向增加在太阳光能方面的投资规模。在新可再生能源(例如风、水和太阳)中，太阳能引起最多关注。利用太阳能的太阳能电池产生较少的污染、在资源方面无限制、具有半永久的半衰期并且因此预期为能够解决未来能量问题的能源。

在此方面，预期有机太阳能电池未来在新可再生能源领域将具有非常重要的作用。对于早期的有机太阳能电池，由美国UCSB的Heeger教授领导的团队引导技术的发展。有机太阳能电池的优势在于：所使用的单分子有机材料或聚合物材料容易且快速地使廉价且大面积的工艺成为可能。另外，有机太阳能电池具有与现有OLED几乎类似的器件结构，并且优势在于有机太阳能电池可容易且方便地通过溶液法(例如旋涂或印刷)和在常规温度下涂覆来制造。特别地，由于可使用柔性基底来进行卷对卷式连续印刷工艺，因此可显著降低生产成本。因此，在工业方面，该特征必定是有吸引力的要素。

然而，根据迄今已进行的研究，有机太阳能电池的不足之处在于能量转换效率仍低。因此，为了保证在此点与其他太阳能电池的竞争性，可以说提高效率非常重要。

引文列表

Two-layer organic photovoltaic cell(C.W.Tang，Appl.Phys.Lett.，48，183.(1996))

Efficiencies via Network of Internal Donor-Acceptor Heterojunctions(G.Yu，J.Gao，J.C.Hummelen，F.Wudl，A.J.Heeger，Science，270，1789.(1995))

技术实现要素：

[技术问题]

本发明已致力于提供能够解决所述不足之处的堆叠型有机太阳能电池。

[技术方案]

本说明书的一个示例性实施方案提供了一种堆叠型有机太阳能电池，其包括：第一有机太阳能电池装置；设置成面对第一有机太阳能电池装置的第二有机太阳能电池装置；和设置在第一有机太阳能电池装置和第二有机太阳能电池装置之间的接合层(junction layer)，

其中第一有机太阳能电池装置和第二有机太阳能电池装置各自包括：第一电极；设置成面对第一电极的第二电极；和设置在第一电极和第二电极之间的包括光活性层的一个或更多个有机材料层，

所述接合层设置成相邻于第一有机太阳能电池装置的第一电极和第二有机太阳能电池装置的第二电极，

并且第二有机太阳能电池装置的第一电极是厚度为50nm或更大的金属电极。

[有益效果]

根据本说明书的一个示例性实施方案的堆叠型有机太阳能电池具有布置在有机太阳能电池装置之间的透明接合层，并且因此与具有仅一个有机太阳能电池装置的有机太阳能电池相比可获得高吸收率，从而实现高效率。

另外，本说明书的堆叠型有机太阳能电池可具有卷绕结构，并且在此情况下可高效地吸收不同方向的光以提高效率。

另外，本说明书的有机太阳能电池由于生产工艺简单而可降低生产成本并且提高工艺效率。

附图说明

图1示出了根据本说明书的一个示例性实施方案的堆叠型有机太阳能电池的一个实例。

图2示出了根据本说明书的一个示例性实施方案的堆叠型有机太阳能电池中具有正置结构(normal structure)的有机太阳能电池的一个实例。

图3示出了根据本说明书的一个示例性实施方案的堆叠型有机太阳能电池中具有倒置结构的有机太阳能电池的一个实例。

图4和5是示出了根据本说明书的实施例和比较例的电流密度-电压(J-V)特性的图。

具体实施方式

在下文，将更详细地描述本说明书。

在本说明书中，“在…上”意指不仅布置在一个层上同时与其物理接触，而且还布置在该层上适当的位置。即，布置在任一层上的一个层还可在其间具有其他层。

除非另外具体说明，否则当在本说明书中一个部分“包括”一个组成元件时，这并非意指不包括其他的组成元件，而是意指可进一步包括其他的组成元件。

本说明书的一个示例性实施方案提供了一种堆叠型有机太阳能电池，其包括：第一有机太阳能电池装置；设置成面对第一有机太阳能电池装置的第二有机太阳能电池装置；和设置在第一有机太阳能电池装置和第二有机太阳能电池装置之间的接合层，

其中第一有机太阳能电池装置和第二有机太阳能电池装置各自包括：第一电极；设置成面对第一电极的第二电极；和设置在第一电极和第二电极之间的包括光活性层的一个或更多个有机材料层，

所述接合层设置成相邻于第一有机太阳能电池装置的第一电极和第二有机太阳能电池装置的第二电极，并且

第二有机太阳能电池装置的第一电极是厚度为50nm或更大的金属电极。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第二有机太阳能电池装置的第一电极的厚度可为60nm或更大、70nm或更大或者80nm或更大。另外，根据本说明书的一个示例性实施方案，第二有机太阳能电池装置的第一电极的厚度可为100nm或更大、120nm或更大或者150nm或更大。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第二有机太阳能电池装置的第一电极的厚度可为500nm或更小、400nm或更小或者300nm或更小。

本说明书的堆叠型有机太阳能电池可通过使用接合层来使两个有机太阳能电池装置粘合而形成。根据本说明书的一个示例性实施方案，所述接合层可以是透明接合层或空气层。

光通过第一有机太阳能电池装置的第二电极入射到根据本说明书一个示例性实施方案的堆叠型有机太阳能电池中。另外，所述接合层是光可透射穿过的空气层或透明层，并且两个层上的每单位面积可吸收光。即，接触光的上部有机太阳能电池装置和下部有机太阳能电池装置二者均可吸收光以实现相同面积的高吸光率。本说明书的堆叠型有机太阳能电池由于每单位面积的高吸光率而可通过增加电流值来提高效率。

图1示出了根据本说明书的一个示例性实施方案的堆叠型有机太阳能电池的一个实例。特别地，光通过第一有机太阳能电池装置的第二电极入射到图1中的堆叠型有机太阳能电池中，并且因此可从第一有机太阳能电池装置和第二有机太阳能电池装置的光活性层吸收光。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第二有机太阳能电池装置的第一电极是厚度为50nm或更大的金属电极并且具有高反射率和高导电率。特别地，第二有机太阳能电池装置的第一电极将入射的并因此未被吸收的光反射到光活性层上，并且由此用于提高吸光率。另外，第二有机太阳能电池装置的第一电极由于高导电率而可增大填充因数(FF)(其是能量转换效率的一个因数)，从而用于增强第二有机太阳能电池装置的性能并用于提高堆叠型有机太阳能电池的效率。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第一有机太阳能电池装置的第一电极可以是厚度为20nm或更小或者10nm或更小的金属电极。将第一有机太阳能电池装置的第一电极形成为薄膜金属电极的原因是为了确保透光率，但是薄膜金属电极由于导电率的缺点而倾向于减小填充因数。为了补偿这一倾向，可将第二有机太阳能电池装置的第一电极形成为厚度为50nm或更大或者100nm或更大的厚金属电极，并且第二有机太阳能电池装置的第一电极反射光且表现出优异的导电率，由此可用于补偿由第一有机太阳能电池减小的填充因数。

当第二有机太阳能电池装置的第一电极的厚度为50nm或更大时，第二有机太阳能电池装置的第一电极可充分地用作金属电极并且由此可实现优异的导电率。例如，当由Ag形成的金属电极的厚度小于50nm时，金属特性劣化并且结果可存在可降低导电率的问题。因此，为了补偿第一有机太阳能电池装置中的填充因数，需要向第二有机太阳能电池装置的第一电极施加厚度为50nm或更大或者100nm或更大的金属电极。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第一有机太阳能电池装置和第二有机太阳能电池装置各自可作为单独的有机太阳能电池工作。因此，每个有机太阳能电池装置可进一步包括第一电极、第二电极和光活性层，并且还可包括一个或更多个有机材料层。

在一般串联型有机太阳能电池的情况下，可在阳极和阴极之间形成多个光活性层和中间电极，但是由于在一个工艺中连续形成光活性层和中间电极而可发生工艺成本增加并且缺陷率增大的问题。相比之下，根据本说明书的堆叠型有机太阳能电池由于将有机太阳能电池单独制造并使用接合层来使其粘合而具有可降低工艺成本并且可显著降低缺陷率的优势。

另外，一般的串联型有机太阳能电池具有以下不足之处：堆叠的有机太阳能电池装置的结构需要彼此相同，因为只有当层间的能级得到适当调节时有机太阳能电池才可工作。特别地，一般的串联型有机太阳能电池不可以是一个有机太阳能电池装置具有倒置结构而一个有机太阳能电池具有正置结构。然而，在根据本说明书的堆叠型有机太阳能电池中，有机太阳能电池装置单独制造并随后粘合，并且存在以下优势：一个有机太阳能电池装置的结构不受其他有机太阳能电池装置的结构的影响。

再者，当向一个有机太阳能电池装置施用需要热处理的材料而向另一有机太阳能电池装置施用无需热处理的材料时，不能制造一般的串联型有机太阳能电池。不能制造一般串联型有机太阳能电池是由于串联型有机太阳能电池通过在一个工艺中进行连续堆叠操作而形成的特征。相反，根据本说明书的堆叠型有机太阳能电池具有以下优势：由于有机太阳能电池装置单独制造并且随后使用接合层来粘合，因此制造一个有机太阳能电池装置的工艺在制造另一个有机太阳能电池装置期间不具有问题。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第一有机太阳能电池装置可具有倒置结构。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第一有机太阳能电池装置可具有倒置结构，并且在第一电极和接合层之间包括透明基底。第一电极可以是阴极并且第二电极可以是阳极。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第一有机太阳能电池装置可具有倒置结构，并且在第二电极上包括透明基底。第一电极可以是阳极并且第二电极可以是阴极。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第二有机太阳能电池装置可具有倒置结构或正置结构。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第二有机太阳能电池装置可在第二电极和接合层之间包括透明基底，并且第一电极可以是阳极或阴极。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第一有机太阳能电池装置和第二有机太阳能电池装置可具有倒置结构。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第一有机太阳能电池装置可具有倒置结构，并且第二有机太阳能电池装置可具有正置结构。

图2示出了根据本说明书的一个示例性实施方案的堆叠型有机太阳能电池中具有正置结构的有机太阳能电池的一个实例。特别地，图2示出了其中阳极设置在透明基底上并且空穴传输层、光活性层、电子传输层和阴极顺序堆叠的结构。然而，根据本说明书的具有正置结构的有机太阳能电池装置不限于图2的结构，并且还可具有这样的结构，其中还可设置另外的有机材料层并且移除电子传输层和/或空穴传输层。

图3示出了根据本说明书的一个示例性实施方案的堆叠型有机太阳能电池中具有倒置结构的有机太阳能电池的一个实例。特别地，图3示出了其中阴极设置在透明基底上并且电子传输层、光活性层、空穴传输层和阳极顺序堆叠的结构。然而，根据本说明书的具有倒置结构的有机太阳能电池装置不限于图3的结构，并且还可具有其中还可设置另外的有机材料层并且移除电子传输层和/或空穴传输层的结构，。

根据本说明书的具有正置结构的有机太阳能电池装置和具有倒置结构的有机太阳能电池装置是本领域中通常使用的术语。

根据本说明书的一个示例性实施方案，倒置结构可使用包含Ag作为主要材料的金属电极作为第二电极。另外，根据本说明书的一个示例性实施方案，正置结构可使用包含Al作为主要材料的金属电极作为第二电极。

与包含Al作为主要材料的金属电极相比，包含Ag作为主要材料的金属电极可实现更高的导电率。另外，当将金属电极形成为厚度为20nm或更小的薄膜时，包含Ag作为主要材料的金属电极可实现比包含Al作为主要材料的金属电极更高的透光率。因此，根据本说明书的一个示例性实施方案，第一有机太阳能电池装置可以是具有倒置结构的有机太阳能电池，并且在此情况下，与当第一有机太阳能电池装置具有正置结构时相比可实现更高的透光率和更高的效率。

根据本说明书的一个示例性实施方案，接合层可相邻于每个有机太阳能电池装置的阳极。或者，根据本说明书的一个示例性实施方案，接合层可相邻于一个有机太阳能电池装置的阳极和另一个有机太阳能电池装置的阴极。

相邻可意指接合层物理接触阳极或阴极。或者，相邻可意指接合层与附近电极的位置关系。特别地，相邻可意指接合层与有机太阳能电池装置的阳极和阴极中更接近接合层的电极的位置关系。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第一和第二有机太阳能电池装置可各自包括透明基底。根据本说明书的一个示例性实施方案，第一和第二有机太阳能电池装置的第一电极和第二电极可设置在透明基底上。根据本说明书的一个示例性实施方案，接合层可布置在第一和第二有机太阳能电池装置的透明基底之间。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第一有机太阳能电池装置的第一电极和第二电极可以是透明电极。

特别地，根据本说明书的一个示例性实施方案，第一有机太阳能电池装置的第一电极和第二电极可各自是透明导电氧化物层或厚度为20nm或更小的金属电极。

另外，根据本说明书的一个示例性实施方案，第一有机太阳能电池装置的第一电极和第二电极中的一个可以是透明导电氧化物层，并且另一个可以是厚度为20nm或更小的金属电极。特别地，根据本说明书的一个示例性实施方案，第一有机太阳能电池装置的第一电极可以是厚度为20nm或更小的金属电极，并且第二有机太阳能电池装置的第二电极可以是透明导电氧化物层。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第二有机太阳能电池装置的第二电极可以是透明电极。

特别地，根据本说明书的一个示例性实施方案，第二有机太阳能电池装置的第二电极可以是透明导电氧化物层或厚度为20nm或更小的金属电极。特别地，根据本说明书的一个示例性实施方案，第二有机太阳能电池装置的第一电极可以是透明导电氧化物层。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第一有机太阳能电池装置的第一电极可以是厚度为20nm或更小的金属电极，并且第二有机太阳能电池装置的第二电极可以是透明导电氧化物层。另外，根据本说明书的一个示例性实施方案，在第二有机太阳能电池装置和接合层之间还可包括透明基底。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第一有机太阳能电池装置的第一电极和第二电极以及第二有机太阳能电池装置的第二电极可以是透明电极。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第一有机太阳能电池装置的第一电极和第二电极以及第二有机太阳能电池装置的第二电极可以是透明电极，并且透明电极可各自是透明导电氧化物层或厚度为20nm或更小的金属电极。特别地，根据本说明书的一个示例性实施方案，第一有机太阳能电池装置的第一电极可以是厚度为20nm或更小的金属电极，并且第一有机太阳能电池装置的第二电极和第二有机太阳能电池装置的第二电极可以是透明导电氧化物层。

根据本说明书的一个示例性实施方案，厚度为20nm或更小的金属电极特别地可以是厚度为15nm或更小的金属电极，或者厚度为12nm或更小或者10nm或更小的金属电极。

根据本说明书的一个示例性实施方案，导电氧化物层可包含选自以下的一种或更多种：ITO、IZO、IZTO、ATO、AZO、GZO、FTO、ZTO、ZnO、FZO、IGZO、WO₃、ZrO₃、V₂O₇、MoO₃、ReO₃、导电PEDOT和导电聚合物。特别地，当第一电极和/或第二电极是透明导电氧化物层时，作为第一电极和/或第二电极，除玻璃和石英片之外还可使用在柔性透明材料(例如塑料)上掺杂有具有导电性的材料的第一电极和/或第二电极，所述塑料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚甲醛(POM)、AS树脂(丙烯腈苯乙烯共聚物)、ABS树脂(丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物)、三乙酰基纤维素(TAC)、聚芳酯(PAR)等。特别地，第一电极和/或第二电极可以是铟锡氧化物(ITO)、掺杂氟的锡氧化物(FTO)、掺杂铝的锌氧化物(AZO)、铟锌氧化物(IZO)、ZnO-Ga₂O₃、ZnO-Al₂O₃、锑锡氧化物(ATO)等，并且甚至更特别地可以是ITO。

根据本说明书的一个示例性实施方案，当第一电极和/或第二电极由导电氧化物层形成时，将图案化的ITO基底依次用清洗剂、丙酮和异丙醇(IPA)洗涤，然后可在热板上于100℃至250℃下干燥1分钟至30分钟，特别地于250℃下干燥10分钟以去除水分，从而完全清洁基底。

在本说明书的下述实例中，使用通过利用UV产生的臭氧来氧化表面的方法：将经超声处理之后的图案化ITO基底放置在热板上并在热板上充分干燥，然后引入到室中，操作UV灯以通过由氧气与UV光反应产生的臭氧来清洁图案化ITO基底。然而，改进图案化ITO基底的表面的方法在本说明书中没有特别限制，并且可使用任何方法，只要该方法是氧化基底的方法即可。

根据本说明书的一个示例性实施方案，厚度为20nm或更小的金属电极可包含选自以下的一种或更多种：金属、金属纳米颗粒、含有金属的核-壳颗粒和金属网。

特别地，根据本说明书的一个示例性实施方案，厚度为20nm或更小的金属电极可以是厚度为20nm或更小的透明金属层，例如Ag、Al和Au或者金属的混合层。另外，当本说明书的金属电极的厚度为20nm或更小时，可透射30％至100％的光。

在本说明书的下述实例中，在引入空穴传输层的情况下，金属电极可在显示出5×10^-7托或更低真空度的热沉积设备内形成，并且作为在此情况下使用的电极材料，使Ag形成至10nm的厚度。

根据本说明书的一个示例性实施方案，接合层可选自空气层、玻璃、透明粘合剂和透明绝缘体。

透明在本说明书中可意指光可通过。特别地，透明可意指可透射50％至100％的光。特别地，透明可意指可透射70％至100％的光。

本说明书的空气层可通过使用粘性材料(例如粘合剂)粘合第一和第二有机太阳能电池装置来形成在第一和第二有机太阳能电池装置的边缘上，所述第一和第二有机太阳能电池装置接触接合层。在此情况下，除空气层的边缘之外的部分均处于仅存在空气的状态。空气层的有益之处在于：与使用透明基底或透明粘合剂来形成接合层的情况相比不会损失光波长等，并且因此具有可提高第二有机太阳能电池装置的吸光率的优势。

特别地，空气层可意指在对应于第二有机太阳能电池装置的光活性层的区域中不包含粘性材料的接合层。即，根据本说明书的一个示例性实施方案，由于粘性材料设置在第二有机太阳能电池装置的第二电极的边缘区域中，因此空气层可意指粘合至第一有机太阳能电池装置的接合层。

根据本说明书的一个示例性实施方案，透明粘合剂和/或透明绝缘体可选自固体或液体粘合剂、透明的双面胶带和透明的密封剂材料。

根据本说明书的一个示例性实施方案，固体或液体粘合剂可以是基于丙烯酸类树脂(acryl)的透明粘合剂、基于环氧树脂的透明粘合剂或基于PVC的透明粘合剂等。然而，固体或液体粘合剂不限于此。

根据本说明书的一个示例性实施方案，透明的双面胶带可以是常用的透明双面胶带，包括基于PVC的透明双面绝缘带。

根据本说明书的一个示例性实施方案，透明密封剂可以是沙林树脂(surlyn)膜、拜牢(bynel)膜等，但不限于此。

根据本说明书的一个示例性实施方案，接合层面对每个有机太阳能电池装置的两个表面中至少一个相对于有机太阳能电池装置可具有10％或更大且80％或更小的结面积。特别地，根据本说明书的一个示例性实施方案，接合层面对有机太阳能电池装置的两个表面中至少一个相对于单层有机太阳能电池装置可具有10％或更大且50％或更小，或者10％或更大且40％或更小的结面积。

结面积可意指其中两个有机太阳能电池装置通过使用玻璃、透明粘合剂或透明绝缘体等而彼此接合的区域的面积。另外，接合层中除结面积之外的区域是其中未设置单独材料的区域，具有不损失光波长的益处并且因此具有可提高第二有机太阳能电池装置的吸光率的优势。

根据本说明书的一个示例性实施方案，接合层的结表面的形状可以是仅包括接合层的边缘区域的形状，或网形。

仅包括接合层的边缘区域的形状可意指在接合层的中心区域内未形成结表面。特别地，仅包括接合层的边缘区域的形状可意指其中未形成结表面的中心部分的面积相对于接合层的总面积为20％或更大、40％或更大或者60％或更大。

根据本说明书的一个示例性实施方案，当接合层的结表面的形状是仅包括接合层的边缘区域的形状时，该接合层可以是透明的或不透明的。

根据本说明书的一个示例性实施方案，在接合层上可形成包括除对应于光活性层的区域之外的区域的结表面。或者，根据本说明书的一个示例性实施方案，在接合层上可形成与对应于光活性层的区域部分重叠的结表面。

根据本说明书的一个示例性实施方案，仅包括结表面的边缘区域的形状可意指结表面形成在除对应于光活性层的区域之外的边缘区域内。

网形可包括三角形、方形、六边形或多边形的闭合图形的样式。

根据本说明书的一个示例性实施方案，堆叠型有机太阳能电在第一和第二有机太阳能电池装置二者之间包括接合层，并且第一有机太阳能电池装置的第一电极是金属电极且可接触接合层。特别地，第一有机太阳能电池装置的透明金属电极可接触接合层。

当根据本说明书一个示例性实施方案的堆叠型有机太阳能电池吸收一个方向的光时，接收光的上部第一有机太阳能电池装置的金属电极可以是厚度为20nm或更小的金属电极。透明金属电极允许在上部有机太阳能电池装置吸收之后剩余的额外光通过下部。借此，单位面积上的光可得到高效吸收。

根据本说明书的一个示例性实施方案，当有机太阳能电池装置包括金属电极时，可将金属电极设置在基底上。在此情况下，基底可以是透明基底。当有机太阳能电池装置包括基底时，可在形成有机太阳能电池的同时使有机太阳能电池装置的基底接触接合层。

根据本说明书的一个示例性实施方案，光活性层可包含电子供体材料和电子受体材料作为光活性材料。在本说明书中，光活性材料可意指电子供体材料和电子受体材料。

另外，根据本说明书的一个示例性实施方案，光活性层可具有体异质结结构或双层结结构。体异质结结构可以是体异质结结类型，双层结结构可以是双层结类型。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第一和第二有机太阳能电池装置的光活性层可各自独立地包含电子供体材料和电子受体材料。另外，根据本说明书的一个示例性实施方案，电子供体材料与电子受体材料的质量比可为1:10至10:1。特别地，电子供体材料与电子受体材料的质量比可为1:0.5至1:5。

根据本说明书的一个示例性实施方案，电子供体材料可包含至少一种电子供体；或者至少一种电子受体和至少一种电子供体的聚合物。

根据本说明书的一个示例性实施方案，电子供体材料可包含至少一种电子供体。另外，根据本说明书的一个示例性实施方案，电子供体材料可包含至少一种电子受体和至少一种电子供体的聚合物。

特别地，电子供体材料可以是多种不同聚合物材料和单分子材料，例如以聚[2-甲氧基-5-(2’-乙基-己氧基)-1,4-亚苯基亚乙烯基](MEH-PPV)起始的基于噻吩的化合物、基于芴的化合物和基于咔唑的化合物。

特别地，单分子材料可包括选自以下的一种或更多种材料：铜(II)酞菁、锌酞菁、三[4-(5-二氰基亚甲基甲基-2-噻吩基)苯基]胺)、2,4-双[4-(N,N-二苄基氨基)-2,6-二羟基苯基]方酸、苯并[b]蒽和并五苯。

特别地，聚合物材料可包括选自以下的一种或更多种材料：聚3-己基噻吩(P3HT)、聚[N-9’-十七烷基-2,7-咔唑-交替-5,5-(4’-7’-二-2-噻吩基-2’,1’,3’-苯并噻二唑)](PCDTBT)、聚[2,6-(4,4-双-(2-乙基己基)-4H-环戊并[2,1-b；3,4-b']二噻吩)-交替-4,7-(2,1,3-苯并噻二唑)](PCPDTBT)、聚[2,7-(9,9-二辛基-芴)-交替-5,5-(4,7-二-2-噻吩基-2,1,3-苯并噻二唑)](PFO-DBT)、聚[[4,8-双[(2-乙基己基)氧基]苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩-2,6-二基][3-氟-2-[(2-乙基己基)羰基]噻吩并[3,4-b]噻吩二基]](PTB7)和聚[2,7-(9,9-二辛基-二苯并噻咯)-交替-4,7-双(噻吩-2-基)苯并-2,1,3-噻二唑](PSiF-DBT)。

根据本说明书的一个示例性实施方案，电子受体材料可以是富勒烯衍生物或非富勒烯衍生物。特别地，所述富勒烯衍生物可以是C60富勒烯衍生物或C70富勒烯衍生物。

根据本说明书的一个示例性实施方案，所述C60富勒烯衍生物或C70富勒烯衍生物可各自独立地选自氢；氘；卤素基团；腈基；硝基；酰亚胺基；酰胺基；羟基；经取代或未经取代的烷基；经取代或未经取代的环烷基；经取代或未经取代的烷氧基；经取代或未经取代的芳氧基；经取代或未经取代的烷基硫基；经取代或未经取代的芳基硫基；经取代或未经取代的烷基亚硫酰基；经取代或未经取代的芳基亚硫酰基；经取代或未经取代的烯基；经取代或未经取代的甲硅烷基；经取代或未经取代的硼基；经取代或未经取代的烷基胺基；经取代或未经取代的芳烷基胺基；经取代或未经取代的芳胺基；经取代或未经取代的杂芳胺基；经取代或未经取代的芳基；经取代或未经取代的芴基；经取代或未经取代的咔唑基；以及经取代或未经取代的包含N、O和S原子中一者或更多者的杂环基，或者两个相邻取代基可另外被形成稠环取代基的取代。

根据本说明书的一个示例性实施方案，所述富勒烯衍生物可选自C76富勒烯衍生物、C78富勒烯衍生物、C84富勒烯衍生物和C90富勒烯衍生物。

根据本说明书的一个示例性实施方案，所述C76富勒烯衍生物、C78富勒烯衍生物、C84富勒烯衍生物和C90富勒烯衍生物各自独立地选自氢；氘；卤素基团；腈基；硝基；酰亚胺基；酰胺基；羟基；经取代或未经取代的烷基；经取代或未经取代的环烷基；经取代或未经取代的烷氧基；经取代或未经取代的芳氧基；经取代或未经取代的烷基硫基；经取代或未经取代的芳基硫基；经取代或未经取代的烷基亚硫酰基；经取代或未经取代的芳基亚硫酰基；经取代或未经取代的烯基；经取代或未经取代的甲硅烷基；经取代或未经取代的硼基；经取代或未经取代的烷基胺基；经取代或未经取代的芳烷基胺基；经取代或未经取代的芳胺基；经取代或未经取代的杂芳胺基；经取代或未经取代的芳基；经取代或未经取代的芴基；经取代或未经取代的咔唑基；以及经取代或未经取代的包含N、O和S原子中一者或更多者的杂环基，或者两个相邻取代基可另外被形成稠环取代基取代。

与非富勒烯衍生物相比，富勒烯衍生物具有优异的分离电子-空穴对(激子)的能力和电荷迁移率，并且因此在效率特性方面有利。

根据本说明书的一个示例性实施方案，所述非富勒烯衍生物的LUMO能级为-2.0至-6.0eV。在另一个示例性实施方案中，所述非富勒烯衍生物的LUMO能级为-2.5至-5.0eV。在又一个示例性实施方案中，所述非富勒烯衍生物的LUMO能级为-3.5至-4.5eV。

由于在LUMO能级的范围之内电子可容易地注入，因此存在提高有机太阳能电池的效率的益处。

特别地，当所述非富勒烯衍生物的LUMO能级为-3.5至-4.5eV时，可在分离电荷的同时使非富勒烯衍生物的LUMO能级与电子供体材料的HOMO能级之间的差异最大化，并且因此存在可形成高开路电压和高电流密度的益处。

根据本说明书的一个示例性实施方案，所述非富勒烯衍生物可以是具有非环状形状的单分子或聚合物。

本说明书的有机太阳能电池装置包括一个或更多个光活性层。在有机太阳能电池装置的光活性层中，电子供体材料由于光致激发而形成形成电子和空穴对的激子，激子在电子供体/电子受体的界面处分离成电子和空穴。分离的电子和空穴各自向电子供体材料和电子受体材料移动，并且电子供体材料和电子受体材料可各自收集在第一电极和第二电极处并且由此可用作外部电能。

有机太阳能电池装置根据光活性层的结构可由双层结型或体异质结(BHJ)型构成。双层结型包括由电子受体层和电子供体层两个层构成的光活性层。体异质结(BHJ)型包括其中电子供体材料和电子受体材料共混的光活性层。

在本说明书的光活性层中，电子供体材料和电子受体材料可形成体异质结(BHJ)。可使本说明书的光活性层在0℃至300℃下退火1秒至24小时以使在混合电子供体材料和电子受体材料之后特性最大化。

本说明书的两个有机太阳能电池装置的光活性层独立于彼此可包含多种电子供体材料和电子受体材料。

将上述光活性材料溶解于有机溶剂中，然后通过例如旋涂的方法来施加溶液以引入厚度在50nm至280nm范围内的光活性层。在此情况下，例如浸涂、丝网印刷、喷涂、刮涂和刷涂的方法均可应用于光活性层。

此外，电子受体材料还可使用其他富勒烯衍生物，例如C70、C76、C78、C80、C82和C84，包括PC61BM，并且可对经涂覆的薄膜进行80℃至160℃的热处理以增加导电聚合物的结晶度。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第一有机太阳能电池装置和第二有机太阳能电池装置的有机材料层可各自包括选自以下的一个或更多个有机材料层：空穴注入层、空穴传输层、中间层、空穴阻挡层、电荷产生层、电子阻挡层和电子传输层。

根据本说明书的一个示例性实施方案，电子传输层可由电子提取金属氧化物形成，并且特别地可包含选自钛氧化物、锌氧化物和铯碳酸盐的一种或更多种。本说明书的电子传输层可以是阴极缓冲层。

本说明书的电子传输层可通过施加在第一电极或第二电极的一个表面上或者使用以下方法以膜的形式涂覆来形成：溅射、电子束、热沉积、旋涂、丝网印刷、喷墨印刷、刮涂或凹版印刷法。

根据本说明书的一个示例性实施方案，空穴传输层可包含选自以下的一种或更多种：PEDOT:PSS、钼氧化物、钒氧化物、镍氧化物和钨氧化物。本说明书的空穴传输层可以是阳极缓冲层。

空穴传输层可通过以下方法来引入：例如旋涂、浸涂、喷墨印刷、凹版印刷、喷涂、刮涂、棒涂、凹版涂覆、刷涂和热沉积。在此情况下，使用聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(4-苯乙烯磺酸)[PEDOT:PSS]作为导电聚合物溶液，并且使用钼氧化物(MoOx)、钒氧化物(V₂O₅)、镍氧化物(NiO)、钨氧化物(WOx)等作为空穴提取金属氧化物材料。根据本说明书的一个示例性实施方案，通过热沉积系统，空穴传输层可使用热沉积系统由MoO₃形成5至20nm的厚度。

本说明书的空穴传输层材料和/或电子传输层材料可以是通过将电子和空穴高效地转移至光活性层而增加所产生电荷向电极迁移的可能性的材料，但不限于此。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第一有机太阳能电池装置和第二有机太阳能电池装置可各自吸收相同或不同波长带的光。

本说明书的“不同波长带”可意指波长范围彼此不同，并且还可意指虽然存在其中每个波长带的波长彼此重叠的范围，但最小波长和最大波长的范围彼此不同的情况。而且，本说明书的“不同波长带”还可意指每个波长带的波长均不彼此重叠的情况。

特别地，根据本说明书的一个示例性实施方案，一个有机太阳能电池装置可吸收波长为300nm至700nm的光，而另一个机太阳能电池装置可吸收波长为400nm至800nm的光。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第一有机太阳能电池装置和第二有机太阳能电池装置的光活性层可各自包含吸收不同波长带的光的光活性材料。

根据本说明书的一个示例性实施方案，可通过调节光活性层中光活性材料的浓度来使第一和第二有机太阳能电池装置各自吸收不同波长带的光。

另外，根据本说明书的一个示例性实施方案，可通过使用吸收不同波长带的波长的光活性材料来使第一和第二有机太阳能电池装置各自吸收不同波长带的光。

另外，根据本说明书的一个示例性实施方案，可通过调节电子供体材料与电子受体材料的质量比来使两个有机太阳能电池装置吸收不同波长带的光。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第一有机太阳能电池装置和第二有机太阳能电池装置的光活性层可具有不同的厚度。特别地，可通过使第一和第二有机太阳能电池装置的光活性层的厚度不同来吸收不同波长带的光。

根据本说明书的一个示例性实施方案，在第一和第二有机太阳能电池装置中，各个光活性层中电子供体材料与电子受体材料的质量比可彼此相同或不同。

本说明书的堆叠型有机太阳能电池可通过使用两个彼此相同的有机太阳能电池装置和接合层来制造。此外，堆叠型有机太阳能电池可通过使用两个不同的有机太阳能电池装置和接合层来制造。

根据本说明书的一个示例性实施方案，当每个有机太阳能电池装置的光活性层中电子供体材料与电子受体材料的质量比彼此不同时，一个有机太阳能电池装置的光活性层中电子供体材料与电子受体材料的质量比可为1:10至10:1，而另一个有机太阳能电池装置的光活性层中电子供体材料与电子受体材料的质量比可为1:5至5:1。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第一和第二有机太阳能电池装置中光活性材料的浓度可彼此不同。特别地，本说明书的一个有机太阳能电池装置中光活性材料的浓度可为超过3％且10％或更小，而另一个有机太阳能电池装置中光活性材料的浓度可为0.01％至3％。更特别地，本说明书的一个有机太阳能电池装置中光活性材料的浓度可为超过3％且7％或更小，而另一个有机太阳能电池装置中光活性材料的浓度可为0.01％或更大且3％或更小。

根据本说明书的一个示例性实施方案，第一和第二有机太阳能电池装置的光活性层可具有不同的厚度。特别地，本说明书的一个有机太阳能电池装置的光活性层的厚度可为超过100nm且500nm或更小，而另一个有机太阳能电池装置的光活性层的厚度可为1nm或更大且100nm或更小。更特别地，本说明书的一个有机太阳能电池装置的光活性层的厚度可为超过100nm且300nm或更小，而另一个有机太阳能电池装置的光活性层的厚度可为10nm或更大且100nm或更小。

根据本说明书的一个示例性实施方案，当第一和第二有机太阳能电池装置中光活性材料的浓度和厚度彼此不同时，一个有机太阳能电池装置的光活性层的浓度和厚度可分别为超过3％且10％或更小和超过100nm且500nm或更小，而另一个有机太阳能电池装置的光活性层的浓度和厚度可分别为超过0.01％或更大且3％或更小和1nm或更大且100nm或更小。更特别地，当本说明书第一和第二有机太阳能电池装置的光活性层的浓度和厚度彼此不同时，一个有机太阳能电池装置的光活性层的浓度和厚度可分别为超过3％且7％或更小和超过100nm且300nm或更小，而另一个有机太阳能电池装置的光活性层的浓度和厚度可分别为0.01％或更大且3％或更小和10nm或更大且100nm或更小。

另外，根据本说明书的一个示例性实施方案，可使用不同材料作为第一和第二有机太阳能电池装置的光活性层的电子供体材料和电子受体材料。

即，当堆叠型有机太阳能电池接收一侧的光时，上部第一有机太阳能电池装置(接收光)和下部第二有机太阳能电池装置的光活性层中电子供体材料和电子受体材料的质量比、浓度、层厚度等可彼此不同。在此情况下，可通过使下部有机太阳能电池装置之光活性层的吸光率高于接收光的上部第一有机太阳能电池装置的光活性层的吸光率来提高单位面积的吸光率。当下部有机太阳能电池装置的光活性层的吸光率高于上部有机太阳能电池装置的光活性层的吸光率时，通过上部有机太阳能电池装置的额外光可在下部有机太阳能电池装置中被高效吸收。

根据本说明书的一个示例性实施方案，还可在第一有机太阳能电池装置与接合层之间或者在第二有机太阳能电池装置与接合层之间包括光化学上转换层。本说明书的上转换层与光化学上转换层具有相同含义。

本说明书的上转换层可意指将光转换成容易被吸收的波长的层。上转换层可将光转换成在光活性层中光可被更多地吸收的区间内波长。根据本说明书的一个示例性实施方案，当在一个方向上吸收光时，可将上转换层布置在两个有机太阳能电池装置之间以通过将穿过接收光的上部有机太阳能电池装置的光转换成波长适于下部有机太阳能电池装置中吸收光的光来提高有机太阳能电池的效率。

根据本说明书的一个示例性实施方案，作为用于上转换层的材料，可使用PQ4Pd/红荧烯(rubrene)、PQ4PdNA/红荧烯、八乙基卟啉Pd(II)/二苯基蒽、[Ru(dmb)₃]²⁺/蒽等。

根据本说明书的一个示例性实施方案，堆叠型有机太阳能电池可具有其中第一有机太阳能电池装置面对外部的卷绕结构。特别地，堆叠型有机太阳能电池可以以柔性膜的形式制造，并且可通过将柔性膜卷成圆筒形式来制成具有中空卷绕结构的堆叠型有机太阳能电池。当堆叠型有机太阳能电池具有卷绕结构时，可以以堆叠型有机太阳能电池竖立在地面上的方式安装堆叠型有机太阳能电池。在此情况下，即使太阳在设置堆叠型有机太阳能电池的位置从东向西移动，仍可确保其中光的入射角变成最大值的部分。因此，即使太阳在天空中上升，仍存在可尽可能多地吸收光以提高效率的益处。另外，堆叠型有机太阳能电池还可具有通过包括前述上部和下部有机太阳能电池装置来提高吸光率的优势。

最佳实施方式

在下文，将参照实施例详细地描述本说明书以对本说明书进行具体说明。然而，可对根据本说明书的实施例作出多种形式的修改，并且本说明书的范围不应解释为限于以下详述的实施例。提供本说明书的实施例是为了向本领域普通技术人员充分说明本说明书。

[比较例1]具有倒置结构的有机太阳能电池装置的制造

(1)图案化ITO基底的清洗

为了清洗图案化ITO玻璃(薄层电阻：约11.5Ω/sq，Shinan SNP)基底的表面，通过依次使用清洁剂、丙酮和异丙醇(IPA)对基底进行超声清洗，每次20分钟，将残余的水分用氮气完全吹掉，然后将基底在热板上于250℃下干燥10分钟以完全除去水分。当图案化ITO基底得到完全清洗时，在UVO清洁器中(Ahtech LTS，韩国)对表面改性30分钟。

(2)电子传输层的制造

在电子传输层的情况下，预先通过使用水解反应来制备ZnO前体溶液，将ZnO溶液旋涂，然后进行热处理以除去残余的溶剂，从而完成电子传输层的制造。

(3)光活性层的制造

将其中光活性材料和PCBM以1:2的重量比混合的光活性层材料溶解于氯苯溶剂中，然后将所得溶液旋涂在其上引入有电子传输层的ITO基底上，从而形成光活性层。

(4)空穴传输层的制造

通过热沉积设备，将MoO₃以0.4的速率沉积至具有5至10nm的不同厚度，从而制造空穴传输层。

(5)具有倒置结构的有机太阳能电池装置的制造

在以上述顺序完成制造之后，将Ag在热沉积设备中以1的速率沉积至具有10nm的厚度，从而制造具有倒置结构的有机太阳能电池装置。

[比较例2]具有倒置结构的机太阳能电池装置的制造

在以与比较例1中(1)至(4)相同的方式完成制造之后，将Ag在热沉积设备中以1的速率沉积至具有100nm的厚度，从而制造具有倒置结构的有机太阳能电池装置。

[比较例3]具有正置结构的有机太阳能电池装置的制造

(1)图案化ITO基底的清洗

为了清洗图案化ITO玻璃(薄层电阻：约11.5Ω/sq，Shinan SNP)基底的表面，通过依次使用清洁剂、丙酮和异丙醇(IPA)对基底进行超声清洗，每次20分钟，将残余的水分用氮气完全吹掉，然后将基底在热板上于250℃下干燥10分钟以完全除去水分。当图案化ITO基底得到完全清洗时，在UVO清洁器中(Ahtech LTS，韩国)对表面改性30分钟。

(2)空穴传输层的制造

旋涂PEDOT溶液，然后进行热处理以除去残余的溶剂，从而完成空穴传输层的制造。

(3)光活性层的制造

将其中光活性材料和PCBM以1:2的重量比混合的光活性层材料溶解于氯苯溶剂中，然后将所得溶液旋涂在其上引入有电子传输层的ITO基底上，从而形成光活性层。

(4)具有正置结构的有机太阳能电池装置的制造

在以上述顺序完成制造之后，将Ag在热沉积设备中以1的速率沉积至具有100nm的厚度，从而制造具有正置结构的有机太阳能电池装置。

[实施例1]具有倒置-倒置结构的堆叠型有机太阳能电池的制造

使用比较例1中具有倒置结构的倒置有机太阳能电池装置作为第一有机太阳能电池装置，使用比较例2中具有倒置结构的有机太阳能电池装置作为第二有机太阳能电池装置，并将透明粘合剂粘合至两个有机太阳能电池装置的边缘以使两个有机太阳能电池装置耦接，从而制造具有倒置-倒置结构的堆叠型有机太阳能电池。

[实施例2]具有倒置-正置结构的堆叠型有机太阳能电池的制造

使用比较例1中具有倒置结构的有机太阳能电池装置作为第一有机太阳能电池装置，使用比较例3中具有正置结构的有机太阳能电池装置作为第二有机太阳能电池装置，并将透明粘合剂粘合至两个有机太阳能电池装置的边界以使两个有机太阳能电池装置耦接，从而制造具有倒置-正置结构的堆叠型有机太阳能电池。

图4和图5是示出了根据本发明的实施例和比较例的电流密度-电压(J-V)特性的图。特别地，为了测量实施例1和2以及比较例1至3中制造的有机太阳能电池的电学-光学特性，使用ABET太阳模拟器在标准条件下(空气质量1.5Global，100mW/cm²)测量电流-电压密度。

有机太阳能电池的光短路电流密度(Jsc)、光开路电压(Voc)、填充因数(FF)和能量转换效率示于下表1和2中。在此情况下，将填充因数计算为最大功率点的电压值(Vmax)×电流密度(Jmax)/(Voc×Jsc)，并且将能量转换效率计算为FF×(Jsc×Voc)/Pin，Pin＝100[mW/cm²]。

[表1]

[表2]

在表1中，比较例1的物理特性通过使光入射到基底来进行测量。另外，在表1中，比较例2的物理特性通过使光通过比较例1的有机太阳能电池，然后使光入射到比较例2的基底来进行测量。另外，在表1中，实施例1的物理特性通过使比较例1的金属电极与比较例2的基底耦接为粘合层，并使光入射到比较例1的基底来进行测量。

如由表1和图4可见，实施例中具有倒置-倒置结构的堆叠型有机太阳能电池的光短路电流密度与具有倒置结构的有机太阳能电池装置的电流密度之和近似，并且其光开路电压和填充因数为二者的平均值。因此，表明，与仅测量有机太阳能电池装置的结果相比，堆叠型有机太阳能电池的总效率提高约65％。

在表2中，比较例1的物理特性通过使光入射到基底来进行测量。此外，在表2中，比较例3的物理特性通过使光通过比较例1的有机太阳能电池，然后使光入射到比较例3的基底来进行测量。另外，在表2中，实施例2的物理特性通过使比较例1的金属电极与比较例3的基底耦接为粘合层，并使光入射到比较例1的基底来进行测量。

如由表2和图5可见，实施例2的结果还显示出与实施例1类似的趋势。还表明，实施例中具有倒置-正置结构的堆叠型有机太阳能电池的光短路电流密度与具有倒置结构的有机太阳能电池装置和具有正置结构之有机太阳能电池装置的电流密度之和近似，并且其填充因数为二者的平均值。因此，表明，与仅测量有机太阳能电池装置的结果相比，堆叠型有机太阳能电池的总效率提高约50％。