一种改性传输层浆料及其制备方法和应用与流程

本发明属于太阳能电池，具体涉及一种改性传输层浆料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、由于太阳能取之不尽用之不竭的特点，光伏产业是人类友好的绿色能源产业。目前已经成熟运用于产业和日常生活的太阳能电池还是以硅基太阳能电池为主，但是由于其工艺复杂且成本高昂，世界各地的研究人员开始研究新一代太阳能电池。在第三代太阳能电池中，有机太阳能电池由于有机半导体的优异光电性质得以广泛研究。然而，有机半导体虽然具有高吸光度、高载流子迁移率、带隙易调、原料价格低等优点，但是，由于有机半导体与金属电极之间存在势垒，不利于载流子传输，因此，如何降低界面势垒是目前最急需解决的问题。

2、现有技术中，多对活性层的材料进行研究以提高太阳能电池的性能。例如cn109326716a公开一种非富勒烯有机太阳能电池，包括顺序设置的ito玻璃、电子传输层、活性层、空穴传输层和阳极，所述活性层材料包括给体材料和受体材料和添加剂，所述给体材料为ptb7-th，受体材料为itic，所述添加剂为硬脂酸钠。所述电子传输层的材料包括氧化锌，空穴传输层的材料包括三氧化钼。通过在活性层的材料中加入硬脂酸钠，对非富勒烯有机太阳能电池中电流以及效率的提高有促进作用。但是，所述太阳能电池的电流以及转换效率有待进一步提高。

3、cn108550699a公开一种基于小分子非富勒烯受体的三元有机太阳能电池结构及其制备方法，由下自上依次包括透明导电衬底、电子传输层、三元有机活性层、空穴传输层、金属电极，所述三元有机活性层包括高分子聚合物、富勒烯衍生物和小分子非富勒烯受体。在三元有机活性层中添加结晶性不同的小分子非富勒烯受体，研究了结晶性不同的小分子非富勒烯受体分别作为第三元时对器件性能的影响；进一步表征了当小分子非富勒烯受体作为第三元掺杂时，结晶性的差异对于形貌优化的影响，为后期非富勒烯受体的设计提供了一些指导作用。但是，得到的太阳能电池的光转换效率、短路电流以及开路电压有待进一步提高。

4、在有机太阳能电池中，器件结构主要由四个部分组成，即基底、光吸收活性层、电荷传输层和电极。活性层的主要功能是吸收光并产生电荷载体，然后其它两个电荷传输层(在活性层的两侧，分别为电子传输层和空穴传输层)负责收集电荷，将其分配到各自的电极上，并产生能量。通常电极和活性层之间的电子传输层和空穴传输层具有重要的作用，能够影响太阳能电池的性能。因此，研究性能更优的传输层、降低界面势垒对提升太阳能电池性能具有重要作用。

5、因此，开发一种能够提高非富勒烯有机太阳能电池的开路电压、短路电流和转换效率，并且填充因子较低的电荷传输层，是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种改性传输层浆料及其制备方法和应用。所述改性传输层浆料通过采用氨基酸对pedot:pss或pfn-br改性，使得包括所述改性传输层的有机太阳能电池的开路电压、短路电流、填充因子和转换效率得到提高。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种改性传输层浆料，所述改性传输层浆料包括a和b；所述a包括pedot:pss或pfn-br；所述b包括氨基酸。

4、本发明中，氨基酸的化学结构由两种不同的官能团组成，即一边是羧基，另一端是胺基；羧基具有电子接受能力，而胺基具有给电子能力，并且，氨基酸能够形成化学键，具有较高的混溶性和结合能力，有助于与其他化合物进行共价改性，安全性高且易得；采用氨基酸对pedot:pss或pfn-br改性，能够克服界面势垒的缺点，有助于传输层对电荷进行有效提取，从而提高器件效率。

5、优选地，以所述pedot:pss的体积为1ml计，所述氨基酸的质量为0.5～2mg，例如可以为0.6mg、0.7mg、0.8mg、0.9mg、1mg、1.1mg、1.2mg、1.3mg、1.4mg、1.5mg、1.6mg、1.7mg、1.8mg、1.9mg等。

6、本发明中，以所述pedot:pss的体积为1ml计，所述氨基酸的质量在特定范围内，器件效率更优。

7、优选地，所述pfn-br与氨基酸的质量比为(0.25～5):1，例如可以为0.3:1、0.5:1、0.8:1、1:1、1.5:1、1.8:1、2:1、2.2:1、2.4:1、2.6:1、2.8:1、3:1、3.2:1、3.4:1、3.6:1、3.8:1、4:1、4.2:1、4.4:1、4.6:1、4.8:1等。

8、本发明中，所述pfn-br与氨基酸的质量比在特定范围内，器件效率更优。

9、优选地，所述氨基酸中碳原子个数为2～20，例如可以为3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19等。

10、优选地，所述氨基酸包括β-丙氨酸、甘氨酸、2-氨基丁酸、苯丙氨酸、谷氨酸、异亮氨酸中的至少一种。

11、第二方面，本发明提供一种根据第一方面所述的改性传输层浆料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

12、将pedot:pss或pfn-br与氨基酸混合，得到所述改性传输层浆料。

13、优选地，所述混合的时间为2～14h，例如可以为3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h、13h等。

14、本发明中，所述pedot:pss与氨基酸混合的时间为2～5h；所述pfn-br与氨基酸混合的时间为10～14h。

15、优选地，所述pfn-br与氨基酸的混合在溶剂中进行。

16、优选地，所述溶剂包括甲醇。

17、优选地，以所述pfn-br与氨基酸总质量为1mg计，所述甲醇的体积为1～3ml，例如可以为1.5ml、2ml、2.5ml等。

18、第三方面，本发明提供一种有机太阳能电池，所述有机太阳能电池包括依次层叠的第一电极、空穴传输层、活性层、电子传输层和第二电极；所述空穴传输层和电子传输层的浆料各自独立地包括如第一方面所述的改性传输层浆料；所述空穴传输层的浆料包括pedot:pss和氨基酸；所述电子传输层的浆料包括pfn-br和氨基酸。

19、优选地，所述第一电极包括氧化铟锡导电玻璃。

20、优选地，所述活性层包括pm6:y6的体异质结活性层。

21、优选地，所述pm6:y6的体异质结活性层的浆料中pm6与y6的质量比为1:(1～2)，例如可以为1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4、1:1.5、1:1.6、1:1.7、1:1.8、1:1.9等。

22、优选地，所述pm6:y6的体异质结活性层的浆料中还包括添加剂。

23、优选地，所述添加剂包括1-氯萘。

24、优选地，所述pm6:y6的体异质结活性层的浆料的溶剂包括氯仿。

25、优选地，所述第二电极包括铝电极。

26、优选地，所述第二电极的厚度为80～120nm，例如可以为90nm、95nm、100nm、105nm、110nm、115nm等。

27、优选地，所述有机太阳能电池包括非富勒烯有机太阳能电池。

28、第四方面，本发明提供一种根据第三方面所述的有机太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

29、将第一电极、空穴传输层、活性层、电子传输层和第二电极依次层叠，得到所述太阳能电池。

30、优选地，所述空穴传输层的制备方法包括如下步骤：

31、将pedot:pss与氨基酸混合，得到空穴传输层的浆料；将所述浆料涂覆至第一基底表面，干燥，得到所述空穴传输层。

32、优选地，所述涂覆的方法包括旋涂。

33、优选地，所述涂覆的转速为3000～5000rpm，例如可以为3200rpm、3400rpm、3600rpm、3800rpm、4000rpm、4200rpm、4400rpm、4600rpm、4800rpm等。

34、优选地，所述干燥的温度为140～160℃，例如可以为145℃、150℃、155℃等。

35、本发明中，所述涂覆前，还包括将第一基底进行前处理的步骤。

36、优选地，所述前处理包括依次采用清洁剂、水、乙醇和异丙醇进行洗涤。

37、本发明中，所述洗涤均在超声条件下进行，洗涤时间均为10～20min，例如可以为12min、15min、18min等。

38、优选地，所述洗涤完成后，还包括采用紫外臭氧机进行处理。

39、本发明中，所述采用紫外臭氧机处理的时间为10～20min，例如可以为12min、15min、18min等。

40、优选地，所述活性层的制备方法包括：将所述活性层的浆料涂覆至空穴传输层远离第一基底的表面，退火，得到所述活性层。

41、本发明中，所述活性层的浆料的制备方法包括：将非富勒烯受体y6与聚合物供体pm6在溶剂中混合，在制备活性层前20～40min加入添加剂1-氯萘，搅拌，得到所述活性层浆料。

42、优选地，所述搅拌的温度为30～45℃，例如可以为32℃、35℃、38℃、40℃、42℃、44℃等。

43、优选地，所述搅拌的时间为1～3h。例如可以为1.5h、2h、2.5h等。

44、优选地，所述活性层在惰性气体条件下进行制备。

45、优选地，所述惰性气体包括但不限于氮气。

46、优选地，所述活性层的浆料涂覆的方法包括旋涂。

47、优选地，所述活性层的浆料涂覆的转速为2000～4000rpm，例如可以为2500rpm、3000rpm、3500rpm等。

48、优选地，所述退火的温度为90～120℃，例如可以为95℃、100℃、105℃、110℃、115℃等。

49、优选地，所述退火的时间为8～12min，例如可以为9min、10min、11min等。

50、优选地，所述电子传输层的制备方法包括：将所述pfn-br和氨基酸在溶剂中混合，得到电子传输层的浆料；将所述浆料涂覆至活性层远离空穴传输层的表面，得到所述电子传输层。

51、优选地，所述涂覆的方法包括旋涂。

52、优选地，所述涂覆的转速为2000～4000rpm，例如可以为2500rpm、3000rpm、3500rpm等。

53、优选地，得到所述第二电极的方法包括：在所述电子传输层远离活性层的表面沉积金属材料，得到第二电极。

54、优选地，所述沉积的压力为(0.8～1.2)×104pa，例如可以为0.9×10-4pa、1×10-4pa、1.1×10-4pa等。

55、优选地，所述沉积的温度为25～26℃。

56、本发明所述的数值范围不仅包括上述列举的点值，还包括没有列举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

57、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

58、本发明提供的改性传输层浆料，采用氨基酸对pedot:pss或pfn-br改性，使得包括所述改性传输层的有机太阳能电池的开路电压、短路电流、填充因子和转换效率得到提高。