一种有机太阳能电池及其制备方法、光伏组件与流程

本发明涉及有机太阳能电池，特别是涉及一种有机太阳能电池及其制备方法、光伏组件。

背景技术：

1、有机太阳能电池由于质量较轻、可以实现半透明以及彩色等优势，具有巨大的应用潜力。特别是p-i-n型有机太阳能电池因为理论上具有良好的供体和受体界面以及结晶度，而受到更多关注。

2、对于p-i-n型有机太阳能电池而言，其形貌会严重影响p-i-n型有机太阳能电池的性能。

3、然而，现有的p-i-n型有机太阳能电池的制备方法，对于其形貌控制欠佳，影响了其性能。

技术实现思路

1、本发明提供一种有机太阳能电池及其制备方法、光伏组件，旨在解决现有的有机太阳能电池的制备方法，对于其形貌控制欠佳，影响了其性能的问题。

2、本发明的第一方面，提供一种有机太阳能电池的制备方法的制备方法，包括：

3、提供衬底，在所述衬底上设置第一溶液，并干燥，形成第一材料吸收层；所述第一溶液包括第一材料和第一溶剂；

4、在所述第一材料吸收层上设置第二溶液，并干燥，形成混合吸收层；所述第二溶液包括第二材料、第二溶剂、所述第一材料；所述第一材料为电子供体材料、电子受体材料中的一种，所述第二材料为电子供体材料、电子受体材料中的另一种；

5、在所述混合吸收层上设置第三溶液，并干燥，形成第二材料吸收层；所述第三溶液包括第三溶剂和所述第二材料。

6、本发明中，第一材料吸收层是将第一溶液中的第一溶剂蒸发后所得，混合吸收层是将第二溶液中的第二溶剂蒸发后所得，第三材料吸收层是将第三溶液中的第三溶剂蒸发后所得，第一材料吸收层、混合吸收层、第二材料吸收层均是通过溶剂法制备得到，溶剂法为上述各层的形成提供了合适的制备环境，得到的第一材料吸收层的结晶度较高，且形貌均匀一致性好，有利于电荷向电极方向迁移，形成的第二材料吸收层的结晶度较高，且形貌均匀一致性好，有利于电荷向电极方向迁移。第一材料和第二材料在第二溶剂中充分混合，形成的混合吸收层中，第一材料和第二材料混合的较为均匀，混合吸收层中具有更多的第一材料和第二材料的界面，利于激子分离产生自由电荷。同时，该制备方法工艺简单，利于精准控制。

7、可选的，所述第二溶剂对所述第一材料的溶解度、所述第二溶剂对所述第二材料的溶解度、所述第一溶剂对所述第一材料的溶解度、所述第三溶剂对所述第二材料的溶解度，均大于所述第三溶剂对所述第一材料的溶解度；且，所述第一溶剂的沸点、所述第三溶剂的沸点均大于或等于所述第二溶剂的沸点。

8、本发明实施例中，第一溶剂对第一材料的溶解度较大，形成的第一材料吸收层的结晶度较高，且形貌均匀一致性好，有利于电荷向电极方向迁移，且第一溶剂对第一材料的溶解度较大，在形成第一材料吸收层的过程中，减少了聚集体，减少了薄膜分裂，使得电荷和激子能够顺利传输，提升了有机太阳能电池的性能。第三溶剂对第二材料的溶解度较大，形成的第二材料吸收层的结晶度较高，且形貌均匀一致性好，有利于电荷向电极方向迁移，且第三溶剂对第二材料的溶解度较大，在形成第二材料吸收层的过程中，减少了聚集体，减少了薄膜分裂，使得电荷和激子能够顺利传输，提升了有机太阳能电池的性能。第二溶剂对于第一材料的溶解度较好，使得混合吸收层和第一材料吸收层之间能够形成形貌良好的接触界面，界面的粗糙度较小，可以降低混合吸收层与第一材料吸收层之间的接触电阻。第二溶剂对第二材料的溶解度较好，使得混合吸收层和第二材料吸收层之间能够形成形貌良好的接触界面，界面的粗糙度较小，可以降低混合吸收层与第二材料吸收层之间的接触电阻。第二溶剂对第一材料、对第二材料的溶解度均较好，形成的混合吸收层中，第一材料和第二材料混合的较为均匀，混合吸收层中具有更多的第一材料和第二材料的界面，利于激子分离产生自由电荷，而且，第二溶剂对第一材料、对第二材料的溶解度均较好，在混合吸收层中第一材料的团簇和第二材料的团簇尺寸相当，且尺寸均较小，利于激子传输到第一材料的团簇与第二材料的团簇界面处进行解离，产生自由电荷。同时，第二溶剂的沸点较小，在对第二溶剂干燥过程中，干燥持续时间较短，可以减少干燥第二溶剂对于第一材料吸收层的破坏，维持了第一材料吸收层的结构完整性，有利于提升有机太阳能电池的性能。在制备第二材料吸收层的过程中，即使第三溶剂浸润到第一材料吸收层，但是由于第三溶剂对第一材料几乎不溶解或者溶解度接近0，第三溶剂也不会破坏第一材料吸收层的结构和形貌，维持了第一材料吸收层的结构完整性，有利于提升有机太阳能电池的性能。同时，该制备方法工艺简单，利于精准控制。

9、可选的，hd1为所述第一溶剂和所述第一材料之间的汉森距离，r1为所述第一材料的汉森球半径；

10、hd21为所述第二溶剂和所述第一材料之间的汉森距离；hd22为所述第二溶剂和所述第二材料之间的汉森距离，r2为所述第二材料的汉森球半径；

11、hd3为所述第三溶剂和所述第二材料之间的汉森距离；

12、hd31为所述第三溶剂和所述第一材料之间的汉森距离。

13、可选的，所述第一溶剂的沸点小于或等于185℃；

14、和/或，所述第三溶剂的沸点小于或等于185℃。

15、可选的，所述第二溶剂对所述第一材料的溶解度、所述第二溶剂对所述第二材料的溶解度，两者的差值小于预设值。

16、可选的，所述第二溶剂的沸点小于或等于100℃。

17、可选的，所述在所述衬底上设置第一溶液，并干燥，包括：

18、在所述衬底上设置第一溶液，并在第一气氛环境中干燥；在所述第一气氛环境中，气态的所述第一溶剂的体积含量，小于或等于所述第一气氛环境的总体积的30％；

19、和/或，所述在所述第一材料吸收层上设置第二溶液，并干燥，包括：

20、在所述第一材料吸收层上设置第二溶液，并在第二气氛环境中干燥；在所述第二气氛环境中，气态的所述第二溶剂的体积含量，小于或等于所述第二气氛环境的总体积的30％；

21、和/或，所述在所述混合吸收层上设置第三溶液，并干燥，包括：

22、在所述混合吸收层上设置第三溶液，并在第三气氛环境中干燥；在所述第三气氛环境中，气态的所述第二溶剂的体积含量，小于或等于所述第二气氛环境的总体积的30％。

23、可选的，所述干燥包括：真空干燥、加热干燥中的至少一种；

24、所述干燥过程中，环境温度为20℃至170℃。

25、可选的，所述在所述衬底上设置第一溶液，并干燥之前，所述方法还包括：

26、基于所述第一材料分子的色散作用力、所述第一溶剂分子的色散作用力、所述第一材料分子的偶极作用力、所述第一溶剂分子的偶极作用力、所述第一材料分子的氢键作用力、所述第一溶剂分子的氢键作用力，确定所述hd1；

27、所述在所述第一材料吸收层上设置第二溶液，并干燥之前，所述方法还包括：

28、基于所述第一材料分子的色散作用力、所述第二溶剂分子的色散作用力、所述第一材料分子的偶极作用力、所述第二溶剂分子的偶极作用力、所述第一材料分子的氢键作用力、所述第二溶剂分子的氢键作用力，确定所述hd21；

29、基于所述第二材料分子的色散作用力、所述第二溶剂分子的色散作用力、所述第二材料分子的偶极作用力、所述第二溶剂分子的偶极作用力、所述第二材料分子的氢键作用力、所述第二溶剂分子的氢键作用力，确定所述hd22；

30、所述在所述混合吸收层上设置第三溶液，并干燥之前，所述方法还包括：

31、基于所述第一材料分子的色散作用力、所述第三溶剂分子的色散作用力、所述第一材料分子的偶极作用力、所述第三溶剂分子的偶极作用力、所述第一材料分子的氢键作用力、所述第三溶剂分子的氢键作用力，确定所述hd31；

32、基于所述第二材料分子的色散作用力、所述第三溶剂分子的色散作用力、所述第二材料分子的偶极作用力、所述第三溶剂分子的偶极作用力、所述第二材料分子的氢键作用力、所述第三溶剂分子的氢键作用力，确定所述hd3。

33、可选的，所述在所述衬底上设置第一溶液，包括：采用旋涂、刮涂、狭缝涂布、卷对卷、喷墨打印中的至少一种，在所述衬底上设置所述第一溶液；

34、和/或，所述在所述第一材料吸收层上设置第二溶液，包括：采用旋涂、刮涂、狭缝涂布、卷对卷、喷墨打印中的至少一种，在所述第一材料吸收层上设置所述第二溶液；

35、和/或，所述在所述混合吸收层上设置第三溶液，包括：采用旋涂、刮涂、狭缝涂布、卷对卷、喷墨打印中的至少一种，在所述混合吸收层上设置所述第三溶液。

36、可选的，所述在所述衬底上设置第一溶液，并干燥，包括：

37、在所述衬底上设置第一电极；

38、在所述第一电极上设置第一传输层；

39、在所述第一传输层上设置第一溶液，并干燥；

40、形成所述第二材料吸收层之后，所述方法还包括：

41、在所述第二材料吸收层上设置第二传输层；

42、在所述第二传输层上形成第二电极。

43、可选的，所述在所述第一电极上设置第一传输层，包括：采用旋涂、刮涂、狭缝涂布、卷对卷、喷墨打印、真空蒸镀中的至少一种，在所述第一电极上设置第一传输层；

44、所述在所述第二材料吸收层上设置第二传输层，包括：

45、采用旋涂、刮涂、狭缝涂布、卷对卷、喷墨打印、真空蒸镀中的至少一种，在所述第二材料吸收层上设置第二传输层。

46、本发明的第二方面，提供一种有机太阳能电池，包括：第一材料吸收层，位于第一材料吸收层上方的第二材料吸收层，以及位于第一材料吸收层、第二材料吸收层之间的混合吸收层；其中所述第一材料吸收层由包含第一材料的第一溶液蒸发其中的第一溶剂后形成；所述第二材料吸收层由包含第二材料的第三溶液蒸发其中的第三溶剂后形成；所述混合吸收层由包含第一材料、第二材料的第二溶液蒸发其中的第二溶剂后形成；所述第一材料为电子供体材料、电子受体材料中的一种，所述第二材料为电子供体材料、电子受体材料中的另一种。

47、可选的，所述混合吸收层的表面粗糙度的均方根小于或等于10nm。

48、可选的，所述混合吸收层包括：电子供体团簇和电子受体团簇，所述电子供体团簇的尺寸小于或等于20nm；所述电子受体团簇的尺寸小于或等于20nm。

49、可选的，所述电子供体团簇的尺寸为3nm至10nm；所述电子受体团簇的尺寸为3nm至10nm。

50、可选的，所述电子供体团簇的尺寸为5nm至10nm；所述电子受体团簇的尺寸为5nm至10nm。

51、可选的，所述第一材料吸收层、所述混合吸收层、所述第二材料吸收层的总厚度大于或等于100nm；所述厚度所在的方向与所述第一材料吸收层与所述混合吸收层的设置方向平行。

52、可选的，所述第一材料吸收层的厚度为40nm至170nm；

53、所述混合吸收层的厚度为10nm至60nm；

54、所述第二材料吸收层的厚度为40nm至170nm；所述厚度所在的方向与所述第一材料吸收层与所述混合吸收层的设置方向平行。

55、可选的，所述有机太阳能电池还包括位于所述第一材料吸收层远离所述混合吸收层一侧的第一电极，以及第一传输层，所述第一传输层位于所述第一电极和所述第一材料吸收层之间，所述第一传输层的厚度为5nm至50nm；

56、所述有机太阳能电池还包括位于所述第二材料吸收层远离所述第一电极一侧的第二传输层，所述第二传输层的厚度为5nm至50nm。

57、本发明的第三方面，提供一种光伏组件，包括：任一前述的有机太阳能电池。

58、上述有机太阳能电池、光伏组件，均与前述的有机太阳能电池的制备方法具有相同或相似的有益效果，为了避免重复，此处不再赘述。