CN101609870A - 有机太阳能电池和其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有机太阳能电池和其制造方法。该方法包括使用纳米压印工艺在光活性层上形成纳米图案，以及在具有纳米图案的光活性层上涂布阴极电极材料，使得阴极电极材料渗入光活性层的纳米图案，从而提高电子导电率并且有效地形成输送电子的通路。该方法可减少由于电子受体材料聚集而造成的光电流损失并且在纳米压印工艺中电子供体的分子取向得以改善，从而可以提高电池效率。此外，可以通过简单的制造工艺低成本地制造高效率的有机太阳能电池。因此，该方法可用于制造使用环境友好和可再生能源的有机太阳能电池。

Description

有机太阳能电池和其制造方法
相关申请的交互参考
本专利申请要求2008年6月18日提交的韩国专利申请No.10-2008-0057357的优先权，在此引入其内容作为参考。
技术领域
本发明涉及一种有机太阳能电池和其制造方法。更具体地说，本发明涉及一种制造有机太阳能电池的方法，包括使用纳米压印工艺在有机太阳能电池的光活性层上形成纳米图案，以及在具有纳米图案的光活性层上涂布阴极电极材料，使得阴极电极材料渗入光活性层的纳米图案，从而提高电子导电率并且有效地形成输送电子的通路；还涉及一种通过上述方法制造的有机太阳能电池。
背景技术
太阳能电池是一种将太阳光能直接转换成电能的半导体装置，并且根据所使用材料的种类大致分为硅太阳能电池和有机太阳能电池。由于硅太阳能电池很难用在太阳能的应用中，因为其中使用的硅昂贵并且其保存受到限制，所以有机太阳能电池最近正受到重视，因为其具有诸如制造成本低、易于制造且不需要特殊的真空系统以及可以通过低温工艺制造柔性装置等优点。特别是，在可以通过诸如旋涂、浸涂或刮涂等溶液工艺而不需要真空沉积来制造有机太阳能电池的情况下，非常有利于降低制造成本或简化工艺。
为了提高太阳能电池的效率，目前对有机太阳能电池的材料和结构进行了深入研究。特别是，已知的是使用电子供体和电子受体混合物的本体异质结型结构表现出最高的效率。
然而，本体异质结型结构存在问题，因为作为由于太阳光而形成在诸如导电聚合物等电子供体中的电子和空穴对的激子在聚合物中的扩散距离只有约10nm，因此它们在上述距离内在未到达电子供体和电子受体之间的界面时会复合并且消失。此外，这种电子供体/受体结构不能在外部人为确定，而是由溶剂的类型、混合物的组成、旋涂条件、干燥条件、热处理条件和其他后处理条件决定，并主要取决于导电聚合物的自组装性能，因此难于制造理想的电子供体/受体结构。
此外，在激子于电子供体和电子受体之间的界面处分离成电子和空穴之后，电子和空穴分别输送到作为阴极的金属电极和作为阳极的透明电极。为此，电子供体/受体结构应该是双连续的，其中全部电子供体以连续形式提供并配置成与阳极接触，全部电子受体以连续形式提供并配置成与阴极接触。然而，电子供体/受体结构不能人为确定，而是取决于材料混合后的相分离性能，从而不可能获得这种理想结构。
事实上，通过旋涂涂布溶解在溶剂中的电子供体和电子受体的混合物而获得的本体异质结型结构不是其中以连续形式分别提供电子供体和电子受体的双连续形式。此外，电子供体或电子受体变得成簇，从而取决于它们的相对量以岛形式提供。另外，在电子供体和电子受体以相近量混合的情况下，电子供体富集区域构成没有被连接而是被隔离的岛，对电子导电性产生负面影响。为了解决这个问题，可以采用双层结构。然而，在这种情况下，电子供体和电子受体之间的界面面积很小，会不希望地降低效率。
图1显示光活性层的理想电子供体/受体结构，其中电子供体以连续形式提供并配置成与作为阳极的透明电极接触，并且其中电子供体和电子受体之间的界面面积非常大，电子供体和电子受体之间的界面位于距离电子供体的任何位置均小于10nm的位置。如图1所示，本体异质结型结构构造成使得电子供体和电子受体均沿垂直于电极的方排列，以使光活性产生的电子和空穴的输送距离最小，也使得电子受体以连续形式提供并配置成与作为阴极的金属电极接触。
然而，如图2所示，在实际的本体异质结型结构中，电子供体和电子受体以海-岛结构的形式相分离，并且电子受体富集的岛结构的尺寸随工艺条件而不同，包括组成比例、溶剂类型和干燥条件。
因此，为了人为控制电子供体/受体结构，已经提出了一种方法，包括涂布电子供体，对电子供体进行纳米压印，从而形成具有预定的纳米图案结构的电子供体，并在电子供体上沉积电子受体(D.M.N.M.Dissanayake等人，Applied Physics Letters，90：253502，2007)。这种方法不能形成比激子在聚合物中的扩散距离更短的微图案，因此，激子的扩散距离相对较长的低分子量有机材料被用作电子受体，来代替使用聚合物的电子供体。然而，电子受体的沉积不希望地需要昂贵的真空系统和长的工艺时间，并带来诸如产生的太阳能电池的效率非常低等问题。
此外，为了克服这些问题，已经提出了一种方法，包括涂布作为导电聚合物的电子供体，然后加热进行纳米压印，使得涂布的电子供体聚合物成为不溶性的，从而防止在随后涂布电子受体时涂布的电子供体溶解(M.S.Kim等人，Applied Physics Letters，90：123113，2007)。根据该方法，因为纳米压印的周期比激子的扩散距离长约500～700nm，因此与使用双层结构时相比，产生的太阳能电池的效率略有改善，但与使用本体异质结型结构时相比，相当程度地下降。此外，由于电子供体成为不溶性的，因此空穴导电率不希望地降低。
因此，为了人为控制使用到目前为止具有最高效率的本体异质结型结构的电子受体的结构，已经提出了一种利用与纳米压印相似的微接触印刷工艺的方法，用于使用模具输送特定的有机材料(F.C.Chen等人，Applied Physics Letters，93：023307，2008)。该方法包括形成自组装单层，在自组装单层上涂布电子供体和电子受体的混合溶液，并使其干燥，从而通过与自组装单层的相互作用诱发预定的相分离，这样实现不同于一般相分离的形状可控的相分离。然而，这种方法仅能够形成尺寸比当使用纳米压印工艺时更大的图案。当图案的尺寸减小时，很难诱发自组装单层的相分离。此外，由于在光活性层下形成的自组装单层的原因，阻力增加，从而限制效率提高。
此外，披露了一种使用刷子涂布光活性有机材料从而诱发分子阵列并提高效率的方法(韩国未经审查的专利公开No.10-2008-0021413)。该方法是有利的，因为可以辊到辊(roll-to-roll)方式进行连续工艺，但是分子取向的程度受到限制，因此难以大幅度提高效率。
发明内容
为完成本发明，本发明者为解决背景技术中遇到的问题进行了广泛研究，结果发现，当通过使用纳米压印工艺在光活性层上形成纳米图案，然后在具有纳米图案的光活性层上涂布阴极电极材料，使得阴极电极材料渗入光活性层的纳米图案来制造有机太阳能电池时，光活性层的电子受体材料的电连接和电子供体材料的取向可以改善，从而提高电子导电率和空穴导电率，因此获得了比使用本体异质结光活性层的常规有机太阳能电池更大的功率转换效率。
因此，本发明提供一种使用纳米压印工艺而具有高功率转换效率的有机太阳能电池，以及一种制造有机太阳能电池的方法。
本发明的一个方面是提供一种制造有机太阳能电池的方法，包括：(a)在基底上涂布透明电极材料，从而形成透明电极；(b)在所述透明电极上涂布溶解在溶剂中的电子供体材料和电子受体材料的混合物，从而形成光活性层，然后使用纳米压印工艺在所述光活性层上形成图案；和(c)在图案化的光活性层上涂布阴极电极材料，从而形成阴极电极；还提供一种使用上述方法制造的有机太阳能电池，其包括具有电子供体和电子受体的本体异质结型结构的光活性层，其中阴极电极材料渗入所述光活性层。
本发明的另一个方面是提供一种制造有机太阳能电池的方法，包括：(a)在玻璃基底上涂布氧化铟锡，从而形成透明电极；(b)在所述透明电极上涂布聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐，从而形成空穴输送层；(c)在所述空穴输送层上涂布溶解在二氯苯中的聚-3-己基噻吩和(6，6)-苯基-C61-丁酸甲酯的混合物，从而形成光活性层，然后使用纳米压印工艺在所述光活性层上形成图案；(d)在图案化的光活性层上涂布氟化锂，从而形成电子输送层；和(e)在所述电子输送层上涂布铝，从而形成阴极电极；还提供一种使用上述方法制造的有机太阳能电池，其包括具有聚-3-己基噻吩和(6，6)-苯基-C61-丁酸甲酯的本体异质结型结构的光活性层，其中阴极电极材料渗入所述光活性层。
附图说明
图1示意性显示有机太阳能电池的光活性层的理想结构；
图2示意性显示具有常规有机太阳能电池的本体异质结型结构的光活性层；
图3示意性显示包括具有本体异质结型结构的光活性层的常规太阳能电池；
图4示意性显示根据本发明的有机太阳能电池；
图5示意性显示根据本发明制造有机太阳能电池的方法；
图6显示根据本发明的实施例1和2中使用的模具的扫描电子显微镜(SEM)图像；和
图7显示根据本发明的有机太阳能电池的电流-电压曲线。
具体实施方式
下面，详细说明本发明。
根据本发明的实施例，制造有机太阳能电池的方法包括：(a)在基底上涂布透明电极材料，从而形成透明电极，(b)在由此形成的透明电极上涂布溶解在溶剂中的电子供体材料和电子受体材料的混合物，从而形成光活性层，然后使用纳米压印工艺在光活性层上形成图案，和(c)在图案化的光活性层上涂布阴极电极材料，从而形成阴极电极。
如图3所示，包括具有本体异质结型结构的光活性层的常规有机太阳能电池包括透明基底1、透明电极层2、空穴输送层3、由电子供体4和电子受体5的混合物构成的光活性层6、电子输送层7和阴极电极层8。通过使用能够同时溶解电子供体材料和电子受体材料的溶剂混合这些材料，在空穴输送层3上涂布混合物，并蒸发涂布在空穴输送层3上的混合物中的溶剂，使得自发和随机地发生相分离而形成本体异质结型结构，从而形成常规有机太阳能电池的光活性层6。在这样形成的本体异质结型结构中，因为在蒸发涂布在空穴输送层上的混合物的溶剂的同时，随机发生相分离，所以电子供体和受体相不可能具有双连续结构，并且一部分相被隔离，从而阻断电子或空穴输送到电极的通路。
此外，当形成光活性层的本体异质结型结构时，如果与电子受体材料的量相比，电子供体材料的量相对较大，那么很容易形成其中电子供体形成海而电子受体形成岛的海-岛结构。相反，如果与电子受体材料的量相比，电子供体材料的量相对较小，那么很容易形成其中电子供体形成岛而电子受体形成海的海-岛结构。即使当目前可得到的的聚(3-己基噻吩)用作电子供体和目前可得到的(6，6)-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)用作电子受体时，PCBM也主要形式岛。虽然电子应通过PCBM输送到阴极电极，但是可以阻断输送电子的通路，这样会不希望地降低效率。
此外，在具有本体异质结型结构的常规有机太阳能电池中，因为电子供体相的结构随机地形成，所以电子供体的分子排列的方向也是随机设定的。在电子供体中，空穴的输送随电子供体的分子排列的方向而变化。因此，具有本体异质结型结构的常规有机太阳能电池的随机分子排列不利于有效的空穴输送。此外，在电子受体中电子的输送还随电子受体的结构而变化。在使用诸如PCBM等低分子量材料的情况下，分子间距离应该极短，以促进电子输送。由于借助跳跃机制进行电子输送，因此电子输送速率变得非常缓慢。
因此，如图4所示，本发明涉及到以下的有机太阳能电池，其被配置成使用纳米压印工艺在具有本体异质结型结构的光活性层上形成纳米图案，电子输送层和阴极电极层形成在具有纳米图案的光活性层上，由此阴极电极层渗入光活性层的纳米图案。
这样配置的有机太阳能电池使电子输送的阻断通路连续，从而促进电子输送，并也减少了消失的电子数量，因此提高了总光电流。此外，在本发明中，因为在未使用跳跃机制的情况下将电子输送到由高导电性金属制成的阴极电极层，所以存在提高电子输送速率并降低电子输送阻力的效果。此外，当使用纳米压印工艺将纳米图案形成在光活性层的表面上时，存在使电子供体分子沿垂直方向排列的效果，从而促进空穴输送到透明电极，这样造成电子输送阻力下降并且效率提高。
此外，在根据本发明的有机太阳能电池中，因为反射光的阴极电极的表面不是平坦的并且形成有不均匀的纳米图案，所以可以减少一部分入射光未被电子供体吸收而是通过并被阴极电极的表面反射的现象，而且，可以从阴极电极的表面以不同方向发生反射，从而更有效地利用光。
根据本发明，制造有机太阳能电池的方法包括在基底1上涂布透明电极材料，从而形成透明电极2，在由此形成的透明电极上涂布溶解在溶剂中的电子供体材料和电子受体材料的混合物，从而形成光活性层6，使用纳米压印工艺在光活性层6上形成图案，以及在图案化的光活性层6上涂布阴极电极材料，从而形成阴极电极8。
在本发明中，基底1的例子包括本领域中通常使用的玻璃基底和柔性聚合物基底。柔性聚合物基底具有很高的化学稳定性和机械强度且是透明的，并可以选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)和聚醚酰亚胺(PEI)。
在本发明中，通过在基底1上涂布透明电极材料形成透明电极2，透明电极2包括使用诸如氧化铟锡(ITO)等透明氧化物、导电聚合物、石墨烯(grapheme)薄膜、石墨烯氧化物薄膜和碳纳米管薄膜的有机透明电极以及使用金属复合的碳纳米管薄膜的有机-无机透明电极。
在本发明中，通过在空穴输送层3上涂布溶解在溶剂中的电子供体材料和电子受体材料的混合物形成光活性层6。电子供体材料是有机半导体，如导电聚合物，或低分子量的有机半导体材料，包括诸如聚噻吩、聚苯乙炔、聚芴、聚吡咯和它们两种或更多种的共聚物等导电聚合物，诸如并五苯、蒽、并四苯、芘、低聚噻吩和其衍生物等低分子量有机半导体材料。优选地，电子供体材料选自聚-3-己基噻吩(P3HT)、聚-3-辛基噻吩(P3OT)、聚对苯乙炔(PPV)、聚(9，9’-二辛基芴)、聚(2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-1，4-苯乙炔(MEH-PPV)、聚(2-甲基-5-(3’，7’-二甲基辛氧基))-1，4-苯乙炔(MDMO-PPV)及其混合物。
电子受体材料包括富勒烯或富勒烯衍生物，优选选自(6，6)-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)、(6，6)-苯基-C71-丁酸甲酯(C70-PCBM)、富勒烯(C60)、(6，6)-噻吩基-C61-丁酸甲酯(ThCBM)、碳纳米管及其混合物。
为形成光活性层6，同时溶解电子供体材料和电子受体材料的溶剂的例子包括但不仅限于氯仿、氯苯、二氯苯、三氯苯及其混合物。可以使用任何溶剂，只要电子供体材料和电子受体材料可以溶解在其中。
使用上述材料制备的电子供体材料和电子受体材料的混合物被涂布在空穴输送层3上，并且对涂布的混合物进行纳米压印工艺，从而形成图案。可以通过在完全蒸发涂布在空穴输送层3上的混合物的溶剂之前，用具有纳米尺寸的微图案结构的模具覆盖光活性层的混合物，使得利用毛细管力将混合物吸进模具的纳米图案中，然后蒸发溶剂，从而在光活性层的表面上形成与模具的结构相反的结构，这样来进行纳米压印工艺。可选择地，可以通过完全蒸发涂布在空穴输送层3上的混合物的溶剂，向基底的下表面施加预定热量从而使光活性层的混合物具有柔性，用模具覆盖光活性层的混合物，向模具的上表面施加压力从而按压模具，以及取下模具，从而在光活性层的表面上形成与模具的结构相反的结构，这样来进行纳米压印工艺。因此，在光活性层6的电子供体4是导电聚合物的情况下，优选的是在不低于电子供体聚合物的玻璃化转变温度的温度下进行纳米压印工艺。
在本发明中，模具9可以包括具有各种形状的突起，如圆锥形状、圆柱形状、立方体形状、长方体形状、半圆形状、空心圆柱形状、空心六面体形状和纳米线阵列，模具9用的材料的例子包括但不限于金属、金属氧化物、陶瓷、半导体和热固性聚合物。可以使用任何材料，只要有利于模具的制造，容易购得并且价格低廉。
具有纳米图案结构的模具9可以通过本领域中已知的各种方法制造，包括硅晶片的蚀刻、诸如铝等金属的阳极化、电子束平版印刷术、诸如纳米压印或毛细管力平版印刷术等软平版印刷术或者使用上述方法形成的模具的复制。
在本发明中，模具具有图案周期为1μm以下并优选为0.01～1μm的图案结构。如果模具的图案周期超过1μm，那么它远大于相分离的电子受体的尺寸，从而不希望地降低了电子输送效果。相反，如果模具的图案周期小于0.01μm，那么它比激子的扩散距离短，因此对于效率提高没有效果，而且，阴极电极材料不会渗入光活性层。
如图5所示，根据本发明的制造有机太阳能电池的方法还可以包括在基底1上形成透明电极2之后，在透明电极2上涂布空穴输送材料，从而形成空穴输送层3。在这样形成的空穴输送层3上，涂布溶解在溶剂中的电子供体材料和电子受体材料的混合物，从而形成光活性层6，然后在光活性层6上进行纳米压印工艺，从而在光活性层6的上表面上形成图案。阴极电极材料直接涂布在图案化的光活性层6上，从而完成有机太阳能电池。
可选择地，根据本发明的制造有机太阳能电池的方法还可以包括在使用纳米压印工艺在光活性层6上形成图案之后，在图案化的光活性层上涂布电子输送材料，从而形成电子输送层7。然后，将阴极电极材料涂布在电子输送层7上，从而完成有机太阳能电池。
在本发明中，通过在透明电极上涂布空穴输送材料形成空穴输送层3，其材料可以选自聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐、聚苯胺、铜酞菁(CuPC)、聚噻吩乙炔、聚乙烯基咔唑、聚对苯乙炔、聚(甲基苯基硅烷)及其混合物。
在本发明中，通过在使用模具图案化的光活性层上涂布诸如氟化锂(LiF)、钙、锂或氧化钛等电子输送材料形成电子输送层7，并在其上涂布具有低功函数的阴极电极材料，从而形成阴极电极8。阴极电极材料可以选自钙、锂、铝、氟化锂和锂的合金、碱金属盐、导电聚合物及其混合物。阴极电极材料可以与电子输送材料一起涂布在光活性层6上。
在上述光活性层6上涂布阴极电极之后，可以在50～200℃下进行热处理5～60min。这种热处理诱发电子供体和电子受体之间的相分离，也诱发电子供体材料的取向。如果热处理温度低于50℃，那么电子供体和电子受体的迁移率很低，因此热处理效果变得没有意义。相反，如果热处理温度高于200℃，那么电子供体材料会不希望地恶化，从而降低其性能。
根据本发明的另一个实施例，提供使用上述方法制造的有机太阳能电池，其包括具有电子供体和电子受体的本体异质结型结构的光活性层，其中阴极电极材料渗入光活性层。
在根据本发明的有机太阳能电池中，使用纳米压印工艺使具有高导电率的金属电极渗入光活性层，使得电子输送的阻断通路连续，从而促进电子输送，并也减少了消失的电子数量，因此提高了总光电流。在本发明中，电子可以在未使用跳跃机制的情况下被输送到由高导电性金属制成的阴极电极层，从而导致电子输送速率提高并降低电子输送阻力。此外，当使用纳米压印工艺将纳米图案形成在光活性层上时，电子供体分子可以沿垂直方向排列，从而促进空穴输送到透明电极，从而降低电子输送阻力并且提高功率转换效率。
通过以下实施例可以更好地理解本发明，这些实施例用于说明，但不被解释为限制本发明。
实施例1：在干燥光活性层之后使用纳米压印制造有机太阳能电池
1-1：形成空穴输送层
利用超声波清洗器用丙酮和酒精洗涤用ITO涂布的玻璃基底，然后在氧气气氛中使用氧等离子体发生器(PDC-32G，从Harrick Plasma获得)进行等离子体处理，从而从表面除去有机物。在ITO的表面上形成羟基，使ITO表面成为亲水性的。然后，通过旋涂将聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐(从Bayer获得)涂布在ITO的亲水表面上，然后在140℃下干燥，这样完全除去溶剂，从而在玻璃基底上形成空穴输送层。
1-2：形成光活性层
将30mg电子供体材料，例如，聚-3-己基噻吩(P3HT)和21mg电子受体材料，例如，PCBM溶解在2ml二氯苯中，从而制得混合物，然后在充氮手套箱中通过旋涂将混合物涂布在实施例1-1中形成的空穴输送层上。完全蒸发涂布的混合物的溶剂，从而形成光活性层。
1-3：纳米压印
作为模具，使用由阳极化的氧化铝(AAO)制成并且图案周期为0.2μm的商业化膜滤器(从Whatman得到的Anodisc)。图6显示了上述模具在倾角为45°时的SEM图像。将具有实施例1-2中形成的光活性层的基底放置在加热到150℃的板上，将模具放在光活性层上，将平坦金属板放在模具上，以向模具施加预定压力，施加200kPa的压力2min，取下模具，然后进行干燥，从而在光活性层上形成图案。
1-4：形成电子输送层和阴极电极
作为电子输送层，在使用实施例1-3的纳米压印图案化的光活性层上将氟化锂(LiF)真空沉积至厚度为1nm，将作为阴极电极的铝真空沉积至厚度为150nm，然后在150℃下进行热处理10min，从而制得有机太阳能电池。
实施例2：在干燥光活性层之前使用纳米压印制造有机太阳能电池
以与实施例1相同的方式制造有机太阳能电池，除了在实施例1-2中，涂布在空穴输送层上的光活性层的混合物未被干燥，并且在其中模具被放在刚刚涂布混合物之后的光活性层的混合物上的状态下干燥混合物的溶剂。
比较例1：制造具有本体异质结型结构的有机太阳能电池
以与实施例1相同的方式制造有机太阳能电池，除了未进行实施例1-3。
比较例2：在涂布阴极电极之前通过热处理制造有机太阳能电池
以与实施例1相同的方式制造有机太阳能电池，除了没有使用实施例1-3的模具的纳米压印，具有光活性层的基底在加热到150℃的板上放置2min，然后干燥，其后电子输送层和阴极电极相继形成在光活性层上。
实验例1：比较太阳能电池的特性
使用太阳模拟器(从Newport得到的66984)比较实施例1和2以及比较例1和2中制造的有机太阳能电池的电流-电压特性。作为太阳模拟器，使用300W氙灯(从Newport得到的6258)和AM1.5G滤波器(从Newport得到的81088A)，并且光的强度设定为100mW/cm2。
从表1和图7所示的结果可以看出，与比较例1和2的有机太阳能电池相比，实施例1和2的有机太阳能电池具有非常高的短路电流。此外，在评价实施例1的纳米压印工艺过程中用于使光活性层具有柔性的热处理对于改善短路电流的影响时，因为与未经热处理的比较例1的有机太阳能电池相比，没有使用模具而在150℃下热处理2min的比较例2的太阳能电池没有功率转换效率的影响，所以可以证实，功率转换效率的提高不受热处理时间增加的影响。
表1
 实施例1  实施例2  比较例1  比较例2
  功率转换效率(％)   4.41   4.43   3.42   3.53
  短路电流密度(mA/cm2)   10.5   10.5   8.45   8.97
  开路电压(V)   0.660   0.658   0.636   0.639
  填充因子   0.635   0.640   0.637   0.616
如上文所述，本发明提供一种有机太阳能电池和其制造方法。根据本发明，制造有机太阳能电池的方法能够使用纳米图案使具有高导电率的金属电极渗入光活性层，从而提高导电率和减少由于电子受体材料聚集而造成的光电流损失。此外，在纳米压印工艺中，电子供体的分子取向得以改善，从而可获得高效率的有机太阳能电池。此外，可以通过简单的制造工艺低成本地制造高效率的有机太阳能电池。因此，该方法可用于制造使用环境友好和可再生能源的有机太阳能电池。
虽然为了说明目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员可以理解，在没有偏离所附权利要求披露的本发明范围和精神的前提下，可以有各种修改、添加和替代。

Claims (20)

1.一种制造有机太阳能电池的方法，包括：
(a)在基底上涂布透明电极材料，从而形成透明电极；
(b)在所述透明电极上涂布溶解在溶剂中的电子供体材料和电子受体材料的混合物，从而形成光活性层，然后使用纳米压印工艺在所述光活性层上形成图案；和
(c)在图案化的光活性层上涂布阴极电极材料，从而形成阴极电极。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述基底是玻璃基底或柔性聚合物基底。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述透明电极材料选自透明氧化物、导电聚合物、碳纳米管薄膜、石墨烯薄膜、石墨烯氧化物薄膜、金属复合的碳纳米管薄膜及其混合物。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述电子供体材料选自聚-3-己基噻吩(P3HT)、聚-3-辛基噻吩(P3OT)、聚对苯乙炔(PPV)、聚(9，9’-二辛基芴)、聚(2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-1，4-苯乙炔(MEH-PPV)、聚(2-甲基-5-(3’，7’-二甲基辛氧基))-1，4-苯乙炔(MDMO-PPV)及其混合物。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述电子受体材料选自(6，6)-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)、(6，6)-苯基-C71-丁酸甲酯(C70-PCBM)、富勒烯(C60)、(6，6)-噻吩基-C61-丁酸甲酯(ThCBM)、碳纳米管及其混合物。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述阴极电极材料选自钙、锂、铝、氟化锂和锂的合金、碱金属盐、导电聚合物及其混合物。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述溶剂选自氯仿、氯苯、二氯苯、三氯苯及其混合物。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述光活性层具有电子供体材料和电子受体材料的本体异质结型结构。
9.如权利要求1所述的方法，其中使用具有图案周期为0.01～1μm的图案结构的模具进行所述纳米压印工艺。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述模具由选自金属、金属氧化物、陶瓷、半导体、热固性聚合物及其混合物的材料制成。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述纳米压印工艺通过以下步骤进行：向所述基底的下表面施加热量从而使所述光活性层具有柔性，在所述光活性层上放置具有图案结构的模具，以及向所述模具的上表面施加压力，从而在所述光活性层上形成图案。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述纳米压印工艺通过以下步骤进行：在蒸发所述光活性层的混合物的溶剂之前，在所述光活性层上放置具有图案结构的模具，从而利用毛细管力在所述光活性层上形成图案。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述(c)还包括在图案化的光活性层上形成阴极电极之后进行热处理。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述(a)还包括在所述基底上形成透明电极之后在所述透明电极上涂布空穴输送材料，从而形成空穴输送层。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述空穴输送材料选自聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐、聚苯胺、铜酞菁(CuPC)、聚噻吩乙炔、聚乙烯基咔唑、聚对苯乙炔、聚(甲基苯基硅烷)及其混合物。
16.如权利要求1所述的方法，其中所述(b)还包括在使用纳米压印工艺在所述光活性层上形成图案之后在图案化的光活性层上涂布电子输送材料，从而形成电子输送层。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述电子输送材料选自氟化锂(LiF)、钙、锂、氧化钛及其混合物。
18.一种使用权利要求1所述方法制造的有机太阳能电池，其包括具有电子供体和电子受体的本体异质结型结构的光活性层，其中阴极电极材料渗入所述光活性层。
19.一种制造有机太阳能电池的方法，包括：
(a)在玻璃基底上涂布氧化铟锡，从而形成透明电极；
(b)在所述透明电极上涂布聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐，从而形成空穴输送层；
(c)在所述空穴输送层上涂布溶解在二氯苯中的聚-3-己基噻吩和(6，6)-苯基-C61-丁酸甲酯的混合物，从而形成光活性层，然后使用纳米压印工艺在所述光活性层上形成图案；
(d)在图案化的光活性层上涂布氟化锂，从而形成电子输送层；和
(e)在所述电子输送层上涂布铝，从而形成阴极电极。
20.一种使用权利要求19所述方法制造的有机太阳能电池，其包括具有聚-3-己基噻吩和(6，6)-苯基-C61-丁酸甲酯的本体异质结型结构的光活性层，其中阴极电极材料渗入所述光活性层。
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