一种高良率有机太阳能电池及其制备方法与流程

本发明属于光伏器件制备领域，更具体地，涉及一种高良率有机太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

太阳能不仅清洁环保，且取之不尽用之不竭，在能源危机的大背景下，是有望成为替代化石能源的最佳选择。有机太阳能电池是一种新兴电池，通过近二十年来在材料合成、器件物理方面的研究，实验室制备的有机太阳能电池光电转换效率已经超过了13％。有机太阳能电池具有可溶液制备、柔性轻质、成本低廉、多彩美观等优点，受到了学术界和工业界的广泛关注

有机太阳能电池最大的优势就是可以通过温和、低能耗的液相法，采用旋转涂布、刮刀涂布等纳米厚度可控薄膜涂布技术制作。液相法制备薄膜的一大缺陷就是成膜过程中，薄膜容易受到溶液中的固体不溶物以及外界环境中的污染物如粉尘、纤维等影响，亦或基材表面以及溶液的表面能差异引起的低润湿性，从而产生薄膜缺陷。另外，薄膜电池的光活性层厚度一般只有几百纳米，在制备过程中由于操作失误等原因溶液产生划痕，从而产生薄膜缺陷。完好的电池结构中有一层光活性层(半导体)，因此其伏安曲线具有明显的二极管效应；然而，有缺陷的电池缺陷部分缺失了光活性层，导致缺陷处电阻降低，漏电流大导致短路漏电，极大损害了电池性能，降低电池良率，尤其是未来适应工业生产的大面积电池的良率。

由此可见，现有技术存在容易产生薄膜缺陷、进而导致缺陷处电阻降低，漏电流大导致短路漏电，极大损害了电池性能，降低电池良率的技术问题。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高良率有机太阳能电池及其制备方法，由此解决现有技术存在容易产生薄膜缺陷、进而导致缺陷处电阻降低，漏电流大导致短路漏电，极大损害了电池性能，降低电池良率的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种高良率有机太阳能电池的制备方法，包括：

(1)在基底上制备底电极，在底电极上制备光活性层；

(2)在光活性层的缺陷处表面涂覆绝缘层溶液，得到绝缘层；

(3)在绝缘层和光活性层上制备顶电极，得到有机太阳能电池。由于绝缘层绝缘，避免光活性层的缺陷处出现短路，使得有机太阳能电池具有高良率。

进一步的，基底的厚度为100μm～1mm，所述基底为玻璃、不锈钢、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚酰亚铵中的一种或多种。底电极和顶电极为ito、pedot：pss、银纳米线、碳纳米管、金、银、铜、铝、镍、钙、铬中的一种或多种，底电极和顶电极的可见光反射率大于80％，底电极和顶电极的厚度为50nm～1000nm。光活性层的厚度为50nm～500nm。绝缘层的厚度为100nm～100μm，所述绝缘层溶液的溶质为聚醚酰亚胺、聚乙氧基乙烯亚胺、9，9-二辛基芴-9，9-双(n，n-二甲基胺丙基)芴、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚二甲基硅氧烷或者聚甲基丙烯酸甲酯，所述绝缘层溶液的溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇或者甲氧基乙醇。使用上述厚度和材料制备的有机太阳能电池性能较好，良率较高。

进一步的，步骤(2)的具体实现方式为：

用毛刷蘸取绝缘层溶液，在光活性层的缺陷处表面涂覆绝缘层溶液，干燥后得到绝缘层。使用毛刷蘸取绝缘层溶液修补有机太阳能电池缺陷简单有效，经济实用。

进一步的，毛刷为直径80μm～200μm的动物毛、植物纤维或合成纤维，所述毛刷的长度为5mm至8cm。属于柔性介质，笔触很容易在高低起伏的表面行进，降低了对于基底材料平整度的要求，可以对不平整的表面进行涂覆，间接地降低了生产成本；同时更易于在特种表面，例如衣物、建筑等表面直接操作，经济高效，省略了中间介质，这对于太阳能电池来说是一种全新的概念性应用。

进一步的，毛刷上刷毛的密度为2000根/cm²～10000根/cm²，毛刷的刷毛的数量为500根～500000根。涂覆的速度为1mm/s～200mm/s，涂覆时施加的压力为10pa～10000pa。采用不同粗细大小的毛刷，使用不同的力度控制与涂覆介质接触的面积即可控制笔触的粗细，适于进行图案化成膜从而对关键缺陷处进行修补同时尽可能减少对非缺陷处的影响。修补活性层缺陷的同时，不会对整体器件性能有明显影响。

为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种高良率有机太阳能电池，所述有机太阳能电池包括基底、底电极、光活性层、光活性层的缺陷处表面的绝缘层和顶电极，当底电极为阳极时，顶电极为阴极；当底电极为阴极时，顶电极为阳极；阳极与光活性层之间具有电子阻挡层，光活性层和阴极之间具有空穴阻挡层。

进一步的，基底的厚度为100μm～1mm，所述基底为玻璃、不锈钢、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚酰亚铵中的一种或多种；所述底电极和顶电极为ito、pedot：pss、银纳米线、碳纳米管、金、银、铜、铝、镍、钙、铬中的一种或多种，底电极和顶电极的可见光反射率大于80％，底电极和顶电极的厚度为50nm～1000nm；光活性层的厚度为50nm～500nm，所述绝缘层的厚度为100nm～100μm，所述绝缘层溶液的溶质为聚醚酰亚胺、聚乙氧基乙烯亚胺、9，9-二辛基芴-9，9-双(n，n-二甲基胺丙基)芴、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚二甲基硅氧烷或者聚甲基丙烯酸甲酯，所述绝缘层溶液的溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇或者甲氧基乙醇，空穴阻挡层的厚度为1nm～50nm，所述电子阻挡层的厚度为5nm～30nm。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明在光活性层的缺陷处表面涂覆绝缘层溶液，得到绝缘层，修补太阳能电池的缺陷，不需要昂贵的专业设备，降低了工艺的门槛。本发明方法简单有效，可以极大提高有机太阳能电池的良率，同时提高了电池性能，对于薄膜太阳能电池工业化制造领域具有重要的指导和实际意义。本发明制备得到的有机太阳能电池具有高良率，高良率表示制备的器件中效率达到标准效率的个数在95％以上。

2、本发明采用毛刷进行涂覆，原料溶液贮存于刷毛的毛腔结构之间，随着笔触均匀涂覆于下一层绝缘层的表面，溶液消耗过程可以控制，所需的原料溶液更少，降低了生产成本。

3、本发明毛刷采用直径80μm～200μm的动物毛、植物纤维或合成纤维，所述毛刷的长度为5mm至8cm，属于柔性介质，笔触很容易在高低起伏的表面行进，降低了对于基底材料平整度的要求，可以对不平整的表面进行涂覆，间接地降低了生产成本；同时更易于在特种表面，例如衣物、建筑等表面直接操作，经济高效，省略了中间介质，这对于太阳能电池来说是一种全新的概念性应用。

4、本发明毛刷上刷毛的直径80μm～200μm，毛刷的长度为5mm至8cm，毛刷上刷毛的密度为2000根/cm²～10000根/cm²，毛刷的刷毛的数量为500根～500000根。涂覆的速度为1mm/s～200mm/s，涂覆时施加的压力为10pa～10000pa。采用不同粗细大小的毛刷，使用不同的力度控制与涂覆介质接触的面积即可控制笔触的粗细，适于进行图案化成膜从而对关键缺陷处进行修补同时尽可能减少对非缺陷处的影响。修补活性层缺陷的同时，不会对整体器件性能有明显影响。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种高良率有机太阳能电池的制备方法的示意图；

图2是本发明实施例1提供的太阳能电池的电流-电压曲线图；

图3是本发明实施例2提供的太阳能电池的电流-电压曲线图；

图4是本发明实施例3提供的太阳能电池的电流-电压曲线图；

图5是本发明实施例4提供的太阳能电池的电流-电压曲线图；

图6是本发明实施例5提供的太阳能电池的电流-电压曲线图；

图7是本发明实施例6提供的太阳能电池的电流-电压曲线图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明的太阳能电池从底层至顶层包括衬底(基底)、底电极(阴极)，阴极层(空穴阻挡层)、光活性层以及阳极层(电子阻挡层)，顶电极(阳极)。该电池结构可以倒置，即阳极为底电极，从下到上依次为：衬底、底电极(阳极)、电子阻挡层、光活性层、空穴阻挡层、顶电极(阴极)。其中，电子阻挡层和空穴阻挡层起到对相对应电极(分别对应阳极和阴极)与光活性层间界面处修饰的作用，若所选用的电极材料本身功函数已达到足够高(阳极)或足够低(阴极)，则电子阻挡层或空穴阻挡层为非必须。

如图1所示，一种高良率有机太阳能电池的制备方法，包括：

(1)在基底上制备底电极，在底电极上制备光活性层；基底的厚度为100μm～1mm，所述基底为玻璃、不锈钢、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚酰亚铵中的一种或多种。

(2)用毛刷蘸取绝缘层溶液，在光活性层的缺陷处表面涂覆绝缘层溶液，干燥后得到绝缘层；光活性层的厚度为50nm～500nm。绝缘层的厚度为100nm～100μm，所述绝缘层溶液的溶质为聚醚酰亚胺、聚乙氧基乙烯亚胺、9，9-二辛基芴-9，9-双(n，n-二甲基胺丙基)芴、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚二甲基硅氧烷或者聚甲基丙烯酸甲酯，所述绝缘层溶液的溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇或者甲氧基乙醇。毛刷为直径80μm～200μm的动物毛、植物纤维或合成纤维，所述毛刷的长度为5mm至8cm。毛刷上刷毛的密度为2000根/cm²～10000根/cm²，毛刷的刷毛的数量为500根～500000根。涂覆的速度为1mm/s～20mm/s，涂覆时施加的压力为10pa～10000pa。

(3)在绝缘层和光活性层上制备顶电极，得到有机太阳能电池。底电极和顶电极为ito、pedot：pss、银纳米线、碳纳米管、金、银、铜、铝、镍、钙、铬中的一种或多种，底电极和顶电极的可见光反射率大于80％，底电极和顶电极的厚度为50nm～1000nm。

本发明实施例优选的，电池器件从下到上为：底电极(阳极或阴极)，修饰层1(电子阻挡层或空穴阻挡层)，光活性层，修饰层2(空穴阻挡层或电子阻挡层)，顶电极(阴极或阳极)简述其制备方法；

底电极和顶电极材质若为ito、azo、mgzo等氧化物则采用真空磁控溅射或原子层沉积(ald)制备；若为pedot：pss、银纳米线或碳纳米管则采用溶液制法如：旋转涂覆、刮刀涂覆、丝网印刷、喷墨打印、狭缝印刷等制备；若为金、银、铜、铝、镍、钙、铬等金属材质，则采用化学电镀或真空热蒸发沉积制备。底电极和顶电极材质可以是以上一种或多种复合所成，因此可能涉及多种制备工艺；

修饰层材质若为聚醚酰亚胺、聚乙氧基乙烯亚胺、9，9-二辛基芴-9，9-双(n，n-二甲基胺丙基)芴等聚合物则采用溶液法如旋转涂覆、刮刀涂覆、丝网印刷、喷墨打印、狭缝印刷等制备；若为碱金属氧化物或碳酸盐、氧化锌、氧化钛或乙酰丙酮基盐、氟化锂。氧化钼、富勒烯或富勒烯衍生物则即可采用原子层沉积、真空热蒸发沉积，亦可采用溶液法制备；

光活性层材质若为聚-3己基噻吩，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-4，6-二基]}，聚[[9-(1-辛基壬基)-9h-咔唑-2，7-二基]-2，5-噻吩二基-2，1，3-苯并噻二唑-4，7-二基-2，5-噻吩二基]，聚对苯乙炔，聚[(2，6-(4，8-二(5-(2-乙基己基)噻吩-2-取代)-苯并[1，2-b：4，5-b’]二噻吩))-alt-(5，5-(1’，3’-二-2-噻吩基-5’，7’-二(2-乙基己基)苯并[1’，2’-c：4’，5’-c’]二噻吩-4，8-二酮))]和富勒烯衍生物，3，9-双(2-亚甲基-(3-(1，1-二氰亚甲基)-茚酮))-5，5，11，11-四(4-己基苯基)-并二噻吩基[2，3-d：2’，3’-d’]-s-引达省[1，2-b：5，6-b’]二噻吩)，茚或c60双加成物的给受体异质结组合则采用溶液法如旋转涂覆、刮刀涂覆、丝网印刷、喷墨打印、狭缝印刷等制备；若为小分子给受体则亦可采用真空热蒸发沉积制备。

作为本发明核心部分的绝缘层，厚度为100nm至100μm。可用的材料很广泛，原则上只要材料绝缘，并且具有一定的成膜性，即所配置的溶液在高表面能的活性层表面具有一定的润湿性，最终能形成一层致密的绝缘保护层。因此相对于不同材料需要选择不同的溶剂(溶剂需要具有选择性，不能溶解光活性层)，必要时需要添加表面活性剂以降低表面张力以增强绝缘层在光活性层缺陷处的成膜性。

所述毛刷的刷毛为80μm～200μm的动物毛或植物纤维；所述刷毛的长度为5mm至8cm，所述毛刷上刷毛的密度为2000根/cm²～10000根/cm²(面积以刷柄的横截面积为基准)，当手工制备绝缘层、或者所需制备的绝缘层面积较小时，可采用刷毛数量为500根～10000根的小型毛刷，而当采用机械制备且所需制备的绝缘层面积较大，则可将刷毛的数量增加至500000根左右；

刷毛越粗，刷毛的密度越小，则对应制备的绝缘层的厚度则越厚，反之则越薄；毛刷的刷柄可采用竹、塑料、合金等材料。

用毛刷刷写的速度为1mm/s～200mm/s，刷写时施加的压力为10pa～10000pa；刷写的速度越慢，施加的压力越小，对应制备的绝缘层的厚度则越厚，反之则越薄；同时，制备对应的绝缘层的速度与毛刷的面积与刷写的速度正相关。若制备出来的相应的绝缘层的厚度未达到预先设定的要求，可多次刷写，以增加绝缘层的厚度。

刷写方式既可以采用手工，也可以利用机械装置辅助进行刷写压力及速度的控制，实现更加精确的厚度的绝缘层的制备。

为了进一步对以上具体实施方式进行说明，因此下面以附图结合实施例以及对比例进一步阐述，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。在实施例和对比例中，各英文缩写表示的中文含义分别如下：ito-氧化铟锡，p3ht-聚-3己基噻吩，icba-茚与c60双加成物，pedot：pss-聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐，pei-聚醚酰亚胺，ptb7-th-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-4，6-二基]}，pc71bm-[6，6]-苯基-c71-丁酸甲酯)，pva-聚乙烯醇，peo-聚氧化乙烯，pmma-聚甲基丙烯酸甲酯，pdms-聚二甲基硅氧烷，pbdb-t-聚[(2，6-(4，8-二(5-(2-乙基己基)噻吩-2-取代)-苯并[1，2-b：4，5-b’]二噻吩))-alt-(5，5-(1’，3’-二-2-噻吩基-5’，7’-二(2-乙基己基)苯并[1’，2’-c：4’，5’-c’]二噻吩-4，8-二酮))]，itic-3，9-双(2-亚甲基-(3-(1，1-二氰亚甲基)-茚酮))-5，5，11，11-四(4-己基苯基)-并二噻吩基[2，3-d：2’，3’-d’]-s-引达省[1，2-b：5，6-b’]二噻吩)。

实施例1

实施例1的太阳能电池从底面至顶面依次包括2mm的玻璃作为硬质基底，300nm的ito作为阴极，5nm的pei作为空穴阻挡层，180nm的光活性层(包括质量比为1∶1的p3ht以及icba)，以及120nm的透明阳极，太阳能电池的面积约为1cm²。其制备方法具体包括以下步骤：

s1.以厚度为2mm的玻璃/ito作为基底/阴极，在ito上旋涂一层质量分数0.1％的pei/异丙醇溶液，80℃加热2min获得5nm厚的空穴阻挡层。

s2.以p3ht为活性层给体材料，icba为活性层受体材料，将两者以质量比为1∶1溶于氯苯溶液中，配制成40mg/ml的光活性层溶液。再将配制好的p3ht/icba氯苯溶液以600转/每分钟的转速旋涂在步骤s1中的空穴阻挡层上，并在150℃下进行10min退火处理，获得厚度约为180nm的光活性层。在p3ht：icba薄膜表面用镊子刮开一个圆形，面积约为2mm²的缺陷；

s3.对光活性层进行表面亲水处理，在光活性层缺陷处涂覆一层质量分数10％的pei/异丙醇溶液并待其干透。涂覆所用的毛刷的刷毛的材料为狼毫，刷毛的直径为120μm，长度为200mm，密度约为5000根每平方厘米，数量约为3000根，涂覆时施加的压力约为5000pa，涂覆速度为20mm/s，在1秒的时间即可完成该绝缘层的涂覆。然后涂抹上一层pedot：pss溶液(pedot：pss溶液的商品名称heraeus-cleviosph1000，pedot：pss固含量5％～6％，溶液中添加0.1％质量分数的表面活性剂peg-tmdd，toynolvrsuperwet-340)；涂抹所用的毛刷的刷毛的材料为羊毫，刷毛的直径为100μm，长度为120mm，密度约为4000根每平方厘米，刷毛数量约为800根，涂抹时施加的压力约为2000pa，涂抹速度为20mm/s，因此在1秒的时间即可完成该太阳能电池的阳极层的涂抹，在120℃下干燥5min，获得120nm的pedot：pss作为阳极层，获得所述太阳能电池。

对比例1

以相同步骤重复实施例1，区别在于，在所述步骤s3中，直接涂抹pedot：pss，并不涂覆绝缘层。

实施例2

实施例2的太阳能电池从底面至顶面依次包括2mm厚的玻璃作为硬质基底，300nm的ito作为阴极，5nm的pei作为空穴阻挡层，180nm的光活性层(包括质量比为1∶1的pbdb-t以及itic)，以及10nm的氧化钼作为电子阻挡层，80nm银作为阳极。太阳能电池的面积约为100mm²。其制备方法具体包括以下步骤：

s1.以厚度为2mm的玻璃/ito作为基底/阴极，在ito上旋涂一层醋酸锌/乙醇胺/二甲氧基乙醇溶液，200℃加热20min获得20nm厚的空穴阻挡层。

s2.以pbdb-t为活性层给体材料，itic为活性层受体材料，将两者以质量比为1∶1溶于氯苯溶液中，配制为20mg/ml的光活性层溶液，并添加质量分数为0.5％的二碘辛烷作为添加剂。再将配制好的pbdb-t：itic氯苯溶液以2500转/每分钟的转速旋涂在步骤s1中的空穴阻挡层上，并在160℃下进行10min退火处理，获得厚度约为100nm的光活性层；在pbdb-t：itic薄膜表面用镊子刮开一个圆形，面积约为2mm²的缺陷。

s3.在光活性层缺陷处涂覆一层质量分数10％的pei/异丙醇绝缘层溶液并待其干透。然后真空热蒸发沉积一层10nm厚的氧化钼，紧接着热蒸发沉积一层80nm厚的银。

对比例2

以相同步骤重复实施例2，区别在于，在所述步骤s3中，直接真空热蒸发沉积氧化钼和银，并不涂覆绝缘层，

实施例3

以相同步骤重复实施例2，区别在于，在所述步骤s3中，在真空热蒸发沉积氧化钼和银之前，在光活性层缺陷处涂覆一层质量分数20％的pva/水溶液(添加2％质量分数的表面活性剂peg-tmdd)并待其干透。

实施例4

以相同步骤重复实施例2，区别在于，在所述步骤s3中，在真空热蒸发沉积氧化钼和银之前，在光活性层缺陷处涂覆一层质量分数15％的pmma/丙酮溶液并待其干透。

实施例5

以相同步骤重复实施例2，区别在于，在所述步骤s3中，在真空热蒸发沉积氧化钼和银之前，在光活性层缺陷处涂覆一层质量分数5％的peo/水溶液(添加2％质量分数的表面活性剂peg-tmdd)并待其干透。

实施例6

以相同步骤重复实施例2，区别在于，在所述步骤s3中，在真空热蒸发沉积氧化钼和银之前，在光活性层缺陷处涂覆一层pdms(a∶b组分比为10∶1)并待其干透。

实施例7

以相同步骤重复实施例2，区别在于，在所述步骤s3中，缺陷面积为1mm²。并在真空热蒸发沉积氧化钼和银之前，在光活性层缺陷处涂覆一层质量分数20％的pva/水溶液(添加2％质量分数的表面活性剂peg-tmdd)并待其干透。

实施例8

以相同步骤重复实施例7，区别在于，在所述步骤s3中，缺陷面积为2mm²。

实施例9

以相同步骤重复实施例7，区别在于，在所述步骤s3中，缺陷面积为3mm²。

实施例10

以相同步骤重复实施例7，区别在于，在所述步骤s3中，缺陷面积为5mm²。

实施例11

以相同步骤重复实施例7，区别在于，在所述步骤s3中，缺陷面积为10mm²。

实施例12

以相同步骤重复实施例7，区别在于，在所述步骤s3中，缺陷面积为15mm²。

对比例3

以相同步骤重复实施例2，区别在于，在所述步骤s3中，缺陷面积为1mm²，且并不涂覆绝缘层。

对比例4

以相同步骤重复实施例2，区别在于，在所述步骤s3中，缺陷面积为2mm²，且并不涂覆绝缘层。

对比例5

以相同步骤重复实施例2，区别在于，在所述步骤s3中，缺陷面积为3mm²，且并不涂覆绝缘层。

对比例6

以相同步骤重复实施例2，区别在于，在所述步骤s3中，缺陷面积为5mm²，且并不涂覆绝缘层。

对比例7

以相同步骤重复实施例2，区别在于，在所述步骤s3中，缺陷面积为10mm²，且并不涂覆绝缘层。

对比例8

以相同步骤重复实施例2，区别在于，在所述步骤s3中，缺陷面积为15mm²，且并不涂覆绝缘层。

实验结果分析

在光强为100mw/cm²am1.5白光照射条件下测量电流-电压曲线如图2所示，对比例1制备的太阳能电池的电池开路电压0.08v，短路电流8.5ma/cm²，填充因子0.24，效率0.17％，而实施例1制备的太阳能电池的开路电压0.80v，短路电流9.8ma/cm²，填充因子0.53，效率4.2％。pei是常用于有机太阳能电池空穴阻挡层的一种材料，由于其绝缘，一般只能做的很薄(5～10nm)。但作为绝缘层，这里正是利用其绝缘性，通过加大其溶液浓度(100倍)，用毛刷在缺陷处涂覆一层较厚的绝缘层(100nm以上)，以避免底电极和顶电极通过光活性层处的缺陷直接接触所引起的短路。从对比的结果来看，未修补的器件(对比例1)出现明显的短路情况，电压、填充因子皆极低。而加以修补的器件(实施例1)光伏参数均相对正常。(这里需要考虑到面积因素，因为器件有效面积为1平方厘米，相对较大，性能相对于几个平方毫米的器件会有所损失)通过毛刷修补的方法重复该实施例制备的二十个器件中，效率超过4.0％的器件达到19个，良率为95％。

在光强为100mw/cm²am1.5白光照射条件下测量电流-电压曲线如图3所示，对比例2制作的电池开路电压0.1v，短路电流11.2ma/cm²，填充因子0.24，效率0.27％，而实施例2的开路电压0.62v，短路电流13.4ma/cm²，填充因子0.42，效率3.5％。这里的对比例2和对比例1情况类似，虽然界面层、光活性层、电极等所选用的材料不同，但本质上器件性能低下都是由于缺陷引起的短路造成。这里实施例2采用了与实施例1相同的策略：通过涂覆高浓度的pei溶液来修补缺陷，但是3.5％的效率并不符合pbdb-t：itic材料体系的正常水平(实验室该体系效率一般可达到9％左右)。造成这种结果的原因是itic作为一种非富勒烯受体，其分子内部存在主链-端基的给受体单元，内部即存在电荷转移，而pei作为一种电子给体(宏观上可以理解表现为ph呈碱性)，会与itic的端基发生反应，造成其内部无法传输电荷，导致itic中毒。因此，原本适用于富勒烯体系受体(如icba、pcbm等)的绝缘层材料pei，并不适用于itic体系受体，在实验过程中可以观察到，如果长时间放置器件，绝缘层周围的光活性层颜色会由深蓝逐渐转为淡黄，这说明pei不仅会与其所覆盖处的光活性层反应，还会扩散影响到整块电池。因此，实施例2中的电池虽然避免了短路现象，但是效率并未达到预期。pei并不适合作为修补该材料体系(pbdb-t：itic)的绝缘层的材质。但是，通过毛刷修补的方法重复该实施例制备的二十个器件中，效率超过3.3％的器件达到20个，良率为100％。

同样在光强为100mw/cm²am1.5白光照射条件下，对实施例3、4、5、6测量电流-电压曲线分别如图4、5、6、7所示，曲线均正常，说明实施例3、4、5、6所对应的四种绝缘层材料：pva、pmma、peo、pdms均能被采用作为绝缘层材质。这里需要考虑到面积因素，因为器件有效面积为1平方厘米，相对较大，性能相对于几个平方毫米的器件会有所损失。通过毛刷修补的方法重复对应各实施例制备的二十个器件良率均超过95％。

在光强为100mw/cm²am1.5白光照射条件下对实施例7-实施例12测量电流-电压曲线，可以看出对于不同的光活性层能的缺陷面积，使用毛刷在缺陷处修补绝缘层pva均可得到正常、未短路的电池性能，仅仅是随着缺陷面积增大，电池的短路电流密度有少量的降低，导致电池的效率从7.16％降到6.01％。这是由于光活性层处的缺陷由于覆盖上了一层绝缘层，在光照下已经不再输出电流。不论在实验室条件还是在工业生产中，15％的缺陷比例(即1平方厘米的器件有效面积内有15平方毫米的缺陷)大多数情况下都只是一个假想值，一般不会达到这么夸张的比例(工艺的成熟性以及良率成本等考虑)，但即使是在这样严苛的条件下，修复缺陷后的器件依然能保持完好器件百分之八十以上的效率(计入损失的面积)，可见该方法的修复效果十分有效且可靠。

而作为对比，在光强为100mw/cm²am1.5白光照射条件下对对比例3-对比例8测量电流-电压曲线，随着光活性层缺陷面积的增大，缺陷处又没有绝缘层的隔离，器件短路的现象十分严重，效率从没有缺陷时的7.16％降到了缺陷面积为15mm²时的0.15％。

总而言之，通过分析以上实施例的结果可以看出，采用毛刷作为工具来修补有机太阳能电池的缺陷方便且有效，相比于专业昂贵的涂覆打印设备本身就降低了成本的门槛。在现今有机太阳能电池制备工艺中，对光活性层能薄膜缺陷的关注还比较少，人们意识到缺陷会对电池性能产生极大影响，降低生产良率，但是对此却无能为力。尤其是在大面积电池生产中，一个薄膜缺陷就可能导致几个平方米的电池性能低下。通常的做法是筛选掉这些有缺陷的电池，这样会造成浪费，而采用毛刷作为工具来修补有机太阳能电池的缺陷是一种能简单有效地解决该问题的方案。毛刷作为一种源自东方的涂覆绘画工具，相比于绝大多数源自西方的打印技术，具有其独特且值得利用的特性，值得未来进一步发掘。

实施例13

一种高良率有机太阳能电池的制备方法，包括：

(1)在基底上制备底电极，在底电极上制备光活性层；基底的厚度为100μm，所述基底为不锈钢。

(2)用毛刷蘸取绝缘层溶液，在光活性层的缺陷处表面涂覆绝缘层溶液，干燥后得到绝缘层；光活性层的厚度为50nm。绝缘层的厚度为100nm，所述绝缘层溶液的溶质为聚醚酰亚胺，所述绝缘层溶液的溶剂为水。毛刷为直径80μm的动物毛，所述毛刷的长度为5mm。毛刷上刷毛的密度为2000根/cm²，毛刷的刷毛的数量为500根。涂覆的速度为1mm/s，涂覆时施加的压力为10pa。

(3)在绝缘层和光活性层上制备顶电极，得到有机太阳能电池。底电极和顶电极为ito，底电极和顶电极的厚度为50nm。

实施例14

一种高良率有机太阳能电池的制备方法，包括：

(1)在基底上制备底电极，在底电极上制备光活性层；基底的厚度为1mm，所述基底为聚甲基丙烯酸甲酯。

(2)用毛刷蘸取绝缘层溶液，在光活性层的缺陷处表面涂覆绝缘层溶液，干燥后得到绝缘层；光活性层的厚度为500nm。绝缘层的厚度为100μm，所述绝缘层溶液的溶质为聚乙氧基乙烯亚胺，所述绝缘层溶液的溶剂为、异丙醇。毛刷为直径200μm的植物纤维，所述毛刷的长度为8cm。毛刷上刷毛的密度为10000根/cm²，毛刷的刷毛的数量为500000根。涂覆的速度为20mm/s，涂覆时施加的压力为10000pa。

(3)在绝缘层和光活性层上制备顶电极，得到有机太阳能电池。底电极和顶电极为银纳米线，底电极和顶电极的厚度为1000nm。

实施例15

一种高良率有机太阳能电池的制备方法，包括：

(1)在基底上制备底电极，在底电极上制备光活性层；基底的厚度为500μm，所述基底为聚萘二甲酸乙二醇酯。

(2)用毛刷蘸取绝缘层溶液，在光活性层的缺陷处表面涂覆绝缘层溶液，干燥后得到绝缘层；光活性层的厚度为250nm。绝缘层的厚度为50μm，所述绝缘层溶液的溶质为9，9-二辛基芴-9，9-双芴，所述绝缘层溶液的溶剂为甲氧基乙醇。毛刷为直径100μm的合成纤维，所述毛刷的长度为1cm。毛刷上刷毛的密度为5000根/cm²，毛刷的刷毛的数量为10000根。涂覆的速度为200mm/s，涂覆时施加的压力为100pa。

(3)在绝缘层和光活性层上制备顶电极，得到有机太阳能电池。底电极和顶电极为碳纳米管，底电极和顶电极的厚度为500nm。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。