CN103811657A - 一种具有电子传输层和空穴传输层的有机光伏电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有电子传输层和空穴传输层的有机光伏电池，包括依次层叠的衬底、阳极、空穴传输层、活性层、电子传输层和阴极，其中，活性层包括层叠而成的电子给体材料和电子受体材料，其中电子给体材料为通式（VI）表示的有机化合物，电子受体材料为碳60及其衍生物或者碳70及其衍生物；该电池具有较高的能量转换效率。

Description

一种具有电子传输层和空穴传输层的有机光伏电池
技术领域
本发明涉及光电器件领域，尤其涉及一种光伏电池。
背景技术
随着全球能源需求的逐年增加，石油、煤炭等一次性能源的日渐枯竭，人们对风能、太阳能等可再生资源投入了更多的关注和研究，其中基于光伏效应的光伏电池是其中的热点之一。
目前，市场上成熟的太阳电池主要为基于单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓、磷化铟以及多晶膜化合物半导体等无机光伏电池，其中，多晶硅和非晶硅光伏电池在民用光伏电池市场上占主导地位。经过五十余年的发展，无机单晶硅太阳电池的光电转换效率已经由发明之初的6％，提高到目前的最高效率可达30％以上，但是由于无机半导体太阳电池对材料纯度的要求非常高，且价格昂贵，因此其应用受到很大限制。
1986年，美国柯达公司首次在同一器件中引入给体和受体材料，形成异质结电池转换效率达到1％，标志着有机半导体制备的光伏器件取得突破。1992年Sariciftci等在对MEH-PPV/C60复合体系的研究中发现二者在基态没有相互作用，但是C60对MEH-PPV的荧光却有很强的猝灭作用，并提出体系中存在光诱导电子转移过。人们对不同的复合体系进行深入研究，证明了光诱导电子转移的存在。这一过程在几个皮秒内完成，可以有效地阻止光激发产生的电子和空穴再发生复合。光诱导电荷快速能量转移现象的发现是聚合物太阳电池理论方面的重大突破，为聚合物太阳电池效率的提高提供了理论支持。
1995年俞钢等人通过将电子给体材料与受体材料共混，制得共轭聚合物MEH-PPV和碳60互穿网络结构的太阳电池，其能量转换效率达到2.9％。在这种体系中，电子给体材料与受体材料形成双连续的互穿网络状结构，这种结构大大增大了二者界面面积，使异质结更加分散，这种将异质结结构分散到整个活性层的结构，实际上将整个活性层变为一个大的本体异质结，从而在活性层中的任何位置均可产生电荷。只要各相材料形成从二者界面到各自电极的连续通道，那么，由光子到电子的转换效率可以得到很大的提高。这就是人们常说的光伏电池。
体异质结概念产生克服了单层、双层/多层器件的结构缺陷。由于电子给体与电子受体各自形成网络状连续相，光诱导所产生的电子与空穴分别在各自的相中输运并在相应的电极上被收集，光生载流子在到达相应的电极前被重新复合的几率大大降低，从而提高了光电流。这样，体异质结结构就能大幅度的提高光电能量转换效率。如今，体异质结概念已广泛用于基于聚合物的太阳电池，能量转换效率已能达到5％以上，其具有诱人的发展方向。因此，人们进行了大量的实验来寻找能量转换效率更高的活性层材料，期望得到器件性能更高的有机光伏电池。
发明内容
本发明公开了一种具有电子传输层和空穴传输层的有机光伏电池，其具有较高的能量转换效率，从而具有良好的器件性能。
本发明的具有电子传输层和空穴传输层的有机光伏电池包括依次层叠的衬底、阳极、空穴传输层、活性层、电子传输层和阴极，其中，
活性层包括层叠而成的电子给体材料和电子受体材料，其中电子给体材料为通式（VI）表示的有机化合物，电子受体材料为碳60及其衍生物或者碳70及其衍生物，
Figure BDA0000409108270000031
其中，-A-B-表示亚苯基；
P和Q独立地表示：化学键、或者没有取代基或有一个或多个取代基的(C6-C30)亚芳基，所述取代基选自没有卤素取代基或有卤素取代基的直链或支链的和饱和或不饱和的(C1-C30)烷基、(C6-C30)芳基和卤素；
R1表示氢,(C6-C30)芳基；
R2、R3和R4独立地表示直链或支链的和饱和或不饱和的(C1-C30)烷基、或(C6-C30)芳基；
R11至R18独立地表示氢、直链或支链的和饱和或不饱和的(C1-C30)烷基、或(C6-C30)芳基；
R21、R22和R23独立地表示直链或支链的和饱和或不饱和的(C1-C30)烷基、或(C6-C30)芳基；和
m是1或2的整数；
优选地，衬底的材料为玻璃、柔性高分子或金属基材。
优选地，阳极的材料为金属氧化物或含有掺杂物的金属氧化物。
优选地，空穴传输层为PEDOT:PSS。
优选地，电子传输层为3，4，5-三甲氧基-1-[(3-氨基-4-硝基苯基)硫代]苯聚合物。
优选地，阴极的材料为不透光金属。
附图说明
图1为本发明的具有电子传输层和空穴传输层的有机光伏电池的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的光伏电池包括依次层叠的衬底1、阳极2、空穴传输层3、活性层4、电子传输层6和阴极5。
其中，活性层包括层叠而成的电子给体材料和电子受体材料，其中电子给体材料为通式（VI）表示的有机化合物，电子受体材料为碳60及其衍生物或者碳70及其衍生物，
Figure BDA0000409108270000051
其中，-A-B-表示亚苯基；
P和Q独立地表示：化学键、或者没有取代基或有一个或多个取代基的(C6-C30)亚芳基，所述取代基选自没有卤素取代基或有卤素取代基的直链或支链的和饱和或不饱和的(C1-C30)烷基、(C6-C30)芳基和卤素；
R1表示氢,(C6-C30)芳基；
R2、R3和R4独立地表示直链或支链的和饱和或不饱和的(C1-C30)烷基、或(C6-C30)芳基；
R11至R18独立地表示氢、直链或支链的和饱和或不饱和的(C1-C30)烷基、或(C6-C30)芳基；
R21、R22和R23独立地表示直链或支链的和饱和或不饱和的(C1-C30)烷基、或(C6-C30)芳基；和m是1或2的整数；
前提是，A、B、P和Q不能同时都为化学键；如果-A-B-和-P-Q-都是亚苯基，R1必须表示氢；不包括-A-B-和-P-Q-都是螺二亚芴基，所述亚芳基和芳基可进一步被直链或支链的和饱和或不饱和的(C1-C30)烷基、(C1-C30)烷氧基、卤素、(C3-C12)环烷基、苯基、萘基或蒽基进一步取代。
在通式（I）中，R1表示氢、苯基、萘基、蒽基、联苯基、菲基、并四苯基、芴基、9,9-二甲基-芴-2-基、芘基、苯蒽基(phenylenyl)、荧蒽基、三甲基甲硅烷基、三乙基甲硅烷基、三丙基甲硅烷基、三叔丁基甲硅烷基、叔丁基二甲基甲硅烷基、三苯基甲硅烷基或苯基二甲基甲硅烷基；R2、R3和R4独立地表示甲基、乙基、正丙基、异丙基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、正己基、正庚基、正辛基、2-乙基己基、正壬基、癸基、十二烷基、十六烷基、苯基、萘基、蒽基或芴基；R11至R18独立地选自：氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、正己基、正庚基、正辛基、2-乙基己基、正壬基、癸基、十二烷基、十六烷基、苯基、萘基、蒽基和芴基。
在本发明的化学式中，如果A或B不包含任何元素而只是与R1或蒽连接，或者P或Q不包含任何元素而只是与Si或蒽连接，则称之为化学键；但是A、B、P和Q不能同时都为化学键。如果-A-B-和-P-Q-都是亚苯基，R1必须表示氢；不包括-A-B-和-P-Q-都是螺二亚芴基。
电子传输层6的材料可以是任何适合的有机材料，优选为一种单体具有结构式（I）的聚合物，其聚合物n为1～300之间的任意整数，
Figure BDA0000409108270000061
优选为下述聚合物：
3，4，5-三甲氧基-1-[(3-氨基-4-硝基苯基)硫代]苯，
3，4，5-三甲氧基-1-[(3-乙酰胺基-4-硝基苯基)硫代]苯，
3，4，5-三甲氧基-1-[(3-硝基-4-甲氧基苯基)硫代]苯，
3，4，5-三甲氧基-1-[(3-氨基-4-甲氧基苯基)硫代]苯，
3，4，5-三甲氧基-1-[(3-氟-4-甲氧基苯基)硫代]苯，
3，4，5-三甲氧基-1-[(4-乙氧基苯基)硫代]苯，
3，4，5-三甲氧基-1-[(3-苄氧基-4-甲氧基苯基)硫代]苯，
5-三氟甲基-2-[(3，4，5-三甲氧基苯基)硫代]吡啶，
3-[(3，4，5-三甲氧基苯基)硫代]苯并噻吩-2-甲酸甲酯，
2-芴甲氧酰胺基-3-乙酰氧基-N-[2-甲氧基-5-(3，4，5-三甲氧基苯基)硫代]丙酰胺，
2-氨基-3-羟基-N-[2-甲氧基-5-(3，4，5-三甲氧基苯基)硫代]丙酰胺，
3，4，5-三甲氧基-1-[(3-羟基-4-甲氧基苯基)硫代]苯。
光伏电池的其它层的材料分别为：衬底1的材料可以是玻璃、塑料或金属基材。衬底1可以是硬质材料，如玻璃或石英，也可以是柔性材料，如柔性高分子，柔性高分子材料包括但不限于：聚萘二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和/或聚氨酯。衬底1除了上述绝缘材料外，也可使用导电材料，例如钛、铝、铜、镍等金属。
阳极2的材料为金属氧化物或含有掺杂物(doped)的金属氧化物，优选氧化铟锡(ITO)、氧化锡、掺氟氧化锡等。阳极可用任何传统的方法形成，例如气相沉积、溅镀等。
空穴传输层3优选为PEDOT:PSS，也可以是其它EDOT(3，4-乙撑二氧噻吩)的聚合物，也可以是其它适合的有机材料。穴传输层3的形成方法为旋转涂布、喷涂、丝网印刷、喷墨印刷等。
阴极5的材料优选为不透光金属，例如Al、Ca/Al、Mg/Al、Mg/Ag、Cu、Au等。制造阴极5的方法可以是蒸镀法沉积等。
本发明的光伏电池的制造方法包括制备活性层材料、制备电子传输层材料和依次层叠光伏电池的各层。
其中制备活性层材料的实施例举例如下：
示例1：活性层材料102的制备包括如下步骤：
1、化合物(201)的制备
在烧瓶中加入1,2-二溴苯(100.0克，423.9毫摩尔)、2-萘硼酸(80.2克，466.3毫摩尔)、甲苯(1000毫升)和四(三苯基膦)钯(Pd(PPh3)4)(24.5克，21.2毫摩尔)，在氩气气氛下搅拌该混合物。然后在混合物中滴加碳酸钾水溶液(300毫升)，形成的混合物在搅拌和回流条件下加热4小时。通过加入蒸馏水(2000毫升)将反应猝灭，用乙酸乙酯(1000毫升)萃取该反应混合物。有机萃取物用无水硫酸镁干燥，过滤并减压下浓缩。通过硅胶柱色谱纯化(乙酸乙酯:己烷=1:50)，获得1-溴-2-(2-萘基)苯(63.59克，224.7毫摩尔，产率：53.0%)。
向1升的圆底烧瓶中加入1-溴-2-(2-萘基)苯(42.0克，148.5毫摩尔)和四氢呋喃(1000毫升)，于-78℃向该烧瓶滴加正BuLi(1.6M己烷溶液)(89.0毫升，222.5毫摩尔)。在同样温度下搅拌该混合物1小时后，向反应混合物中滴加硼酸三甲酯(24.8毫升，222.5毫摩尔)，将温度升高至室温。搅拌该反应混合物12小时，当反应完成时，加入1M盐酸溶液(500毫升)，搅拌形成的混合物5小时。用蒸馏水(500毫升)和乙酸乙酯(600毫升)萃取获得的有机萃取物用无水硫酸镁干燥，过滤并减压下浓缩。从乙酸乙酯(80毫升)和甲醇(600毫升)重结晶，获得化合物(201)(27.28克，110.0毫摩尔，产率：74.1%)。
2、化合物(202)的制备
在500毫升圆底烧瓶中加入化合物(201)(27.28克，110.0毫摩尔)、9-溴蒽(28.16克，88.0毫摩尔)、甲苯(500毫升)和四(三苯基膦)钯(Pd(PPh3)4)(2.45克，2.05毫摩尔)，在氩气气氛下搅拌该混合物。然后向该混合物中滴加碳酸钾水溶液(100毫升)，形成的混合物在搅拌和回流条件下加热4小时。当完成反应时，向反应混合物中加入蒸馏水(600毫升)，然后用乙酸乙酯(400毫升)萃取。有机萃取物用无水硫酸镁干燥，过滤并减压下浓缩。通过硅胶柱色谱纯化(二氯甲烷:己烷=1:15)，获得化合物(202)(25.20克，66.32毫摩尔，产率：75.4%)。
3、化合物(203)的制备
向500毫升圆底烧瓶中加入化合物(202)(35.20克，92.62毫摩尔)、N-溴琥珀酰亚胺(18.13克，101.9毫摩尔)和二氯甲烷(500毫升)，室温下搅拌该混合物12小时。当完成反应时，减压下除去溶剂。从二氯甲烷(100毫升)和己烷(500毫升)重结晶，获得化合物(203)(34.51克，75.33毫摩尔，产率：81.3%)。
4、化合物(204)的制备
向500毫升圆底烧瓶中加入化合物(203)(42.56克，92.62毫摩尔)和四氢呋喃(1000毫升)，于-78℃向该烧瓶滴加正BuLi(1.6M己烷溶液)(55.57毫升，138.9毫摩尔)。在同样温度下搅拌该混合物1小时，向反应混合物中滴加硼酸三甲酯(15.49毫升，138.9毫摩尔)，将温度升高至室温。搅拌该反应混合物12小时，当反应完成时，加入1M盐酸溶液(500毫升)，搅拌形成的混合物5小时。用蒸馏水(500毫升)和乙酸乙酯(400毫升)萃取获得的有机萃取物用无水硫酸镁干燥，过滤并减压下浓缩。从乙酸乙酯(50毫升)和甲醇(600毫升)重结晶，获得化合物(204)(30.43克，71.78毫摩尔，产率：77.5%)。
5、化合物(102)的制备
向500毫升圆底烧瓶中加入化合物(204)(30.43克，71.78毫摩尔)、化合物(205)(30.43克，57.42毫摩尔)、甲苯(500毫升)和四(三苯基膦)钯(Pd(PPh3)4)(4.15克，3.59毫摩尔)，在氩气气氛下搅拌该混合物。然后在其中滴加碳酸钾水溶液(200毫升)，形成的混合物在搅拌和回流条件下加热4小时。当完成反应时，向反应混合物中加入蒸馏水(600毫升)，然后用乙酸乙酯(500毫升)萃取。获得的有机萃取物用无水硫酸镁干燥，过滤并减压下浓缩。通过硅胶柱色谱纯化(二氯甲烷:己烷=1:10)和从己烷重结晶，获得化合物(102)(35.78克，43.11毫摩尔，产率：75.1%)，为浅黄色产物。
1H NMR(400MHz,CDCl3):=7.94(d,1H),7.92(d,1H),7.89(s,1H),7.84(s,1H),7.79(s,1H),7.75(d,1H),7.68-7.65(m,7H),7.61(d,1H),7.56-7.53(m,9H),7.38-7.35(m,9H),7.33-7.27(m,8H),1.65(s,6H)
MS/FAB C63H46Si 830.34(测量值)。831.12(计算值)
示例2：活性层材料(103)的制备包括如下步骤
1、化合物(206)的制备
向1升圆底烧瓶中加入1,2-二溴苯(100克，423.9毫摩尔)、2-(9,9′-二甲基)芴硼酸(111.0克，466.3毫摩尔)、甲苯(1000毫升)和四(三苯基膦)钯(Pd(PPh3)4)(24.5克，21.2毫摩尔)，在氩气气氛下搅拌该混合物。然后在混合物中滴加碳酸钾水溶液(300毫升)，形成的混合物在搅拌和回流条件下加热4小时。当完成反应时，在反应混合物中加入蒸馏水(1500毫升)，然后用乙酸乙酯(800毫升)萃取。获得的有机萃取物用无水硫酸镁干燥，过滤并减压下浓缩。通过硅胶柱色谱纯化(乙酸乙酯:己烷=1:30)，获得产物，1-溴-2-(9,9′-二甲基)芴基苯(75.52克，217.0毫摩尔，产率：51.2%)。
向1升圆底烧瓶中加入1-溴-2-(9,9′-二甲基)芴基苯(51.68克，148.5毫摩尔)和四氢呋喃(1000毫升)，于-78℃向该烧瓶滴加正BuLi(1.6M己烷溶液)(89.0毫升，222.5毫摩尔)。在同样温度下搅拌该混合物1小时，向反应混合物中滴加硼酸三甲酯(24.8毫升，222.5毫摩尔)，将温度升高至室温。搅拌该反应混合物12小时，当反应完成时，在其中加入1M盐酸溶液(500毫升，搅拌形成的混合物5小时。用蒸馏水(500毫升)和乙酸乙酯(400毫升)萃取获得的有机萃取物用无水硫酸镁干燥，过滤并减压下浓缩。从乙酸乙酯(50毫升)和甲醇(600毫升)重结晶，获得化合物(206)(29.31克，93.34毫摩尔，产率：62.9%)。
2、化合物(207)的制备
向500毫升圆底烧瓶中加入化合物(206)(34.54克，110.0毫摩尔)、9-溴蒽(28.16克，88.0毫摩尔)，甲苯(500毫升)和四(三苯基膦)钯(Pd(PPh3)4)(2.45克，2.05毫摩尔)，在氩气气氛下搅拌该混合物。然后在其中滴加碳酸钾水溶液(100毫升)，形成的混合物在搅拌和回流条件下加热4小时。当完成反应时，在反应混合物中加入蒸馏水(500毫升)，然后用乙酸乙酯(500毫升)萃取。获得的有机萃取物用无水硫酸镁干燥，过滤并减压下浓缩。通过硅胶柱色谱纯化(二氯甲烷:己烷=1:15)，获得化合物(207)(32.34克，72.51毫摩尔，产率：82.4%)。
3、化合物(208)的制备
向500毫升圆底烧瓶中加入化合物(207)(41.44克，92.62毫摩尔)、N-溴琥珀酰亚胺(18.13克，101.9毫摩尔)和二氯甲烷(250毫升)，室温下搅拌该混合物12小时。当完成反应时，减压下除去溶剂。从二氯甲烷(150毫升)和己烷(800毫升)重结晶，获得化合物(208)(30.52克，58.24毫摩尔，产率：62.9%)。
4、化合物(209)的制备
向500毫升的圆底烧瓶中加入化合物(208)(48.53克，92.62毫摩尔)和四氢呋喃(800毫升)，于-78℃向该烧瓶滴加正BuLi(1.6M己烷溶液)(55.57毫升，138.9毫摩尔)。在同样温度下搅拌该混合物1小时，向反应混合物中滴加硼酸三甲酯(15.49毫升，138.9毫摩尔)，将温度升高至室温。搅拌该反应混合物12小时，当反应完成时，在其中加入1M盐酸溶液(400毫升)，搅拌形成的混合物5小时。用蒸馏水(500毫升)和乙酸乙酯(500毫升)萃取获得的有机萃取物用无水硫酸镁干
燥，过滤并减压下浓缩。从乙酸乙酯(100毫升)和甲醇(800毫升)重结晶，获得化合物(209)(32.33克，65.98毫摩尔，产率：71.2%)。
5、化合物(103)的制备
向500毫升圆底烧瓶中加入化合物(209)(35.17克，71.78毫摩尔)、化合物(205)(30.43克，57.42毫摩尔)、甲苯(600毫升)和四(三苯基膦)钯(Pd(PPh3)4)(4.15克，3.59毫摩尔)，在氩气气氛下搅拌该混合物。然后在其中滴加碳酸钾水溶液(100毫升)，形成的混合物在搅拌和回流条件下加热4小时。当完成反应时，在反应混合物中加入蒸馏水(500毫升，然后用乙酸乙酯(500毫升)萃取。获得的有机萃取物用无水硫酸镁干燥，过滤并减压下浓缩。通过硅胶柱色谱纯化(二氯甲烷:己烷=1:10)和从己烷重结晶，获得化合物(103)(31.76克，35.45毫摩尔，产率：61.7%)，为淡黄色产物。
1H NMR(400MHz，CDCl3):δ=7.94(d，1H)，7.90(d，2H)，7.84-7.82(m，2H)，7.78(s，2H)，7.68-7.65(m，5H)，7.62(d，2H)，7.57-7.54(m，9H)，7.38-7.34(m，10H)，7.33-7.27(m，7H)，1.67(s，6H)，1.66(s，6H)
MS/FAB C69H52Si 896.38(测量值)。897.23(计算值)
依次层叠光伏电池各层的实施例如下：
同批号ITO导电玻璃衬底若干，规格为15毫米×15毫米，ITO的厚度约为130纳米，其方块电阻约为20欧姆/□。依次用丙酮、微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、异丙醇超声处理10分钟清洁ITO衬底表面，随后放入恒温烘箱中80℃下静置4小时烘干。
烘干后的ITO衬底用氧等离子体处理4分钟，除去ITO表面附着的有机附着薄膜和有机污染物，后置于匀胶机(KW-4A型)上，以2000转/分钟的转速旋转60秒，旋涂一层约40纳米厚的空穴传输层PEDOT:PSS悬浮液(BAYTRON P 4083，购自Bayer AG公司。旋涂之前，PEDOT:PSS悬浮液旋涂先经过0.45微米聚偏氟乙烯(PVDF)滤膜过滤，滤去较大的不溶颗粒。
制备过程中，所得薄膜的厚度由表面轮廓仪(Teriek公司Alpha-Tencor500型)实测记录。成膜后将涂覆有PEDOT:PSS作为空穴传输层的ITO导电玻璃衬底转入恒温真空烘箱中80℃下烘干，或者在温度为100-200℃加热台上，在大气环境下烘干，以除去残余溶剂，稳固所得到的薄膜。
随后将由上述方法制得的衬底转入无水无氧、充满高纯氮气的专用手套箱(美国VAC公司制造)。在此手套箱惰性气氛下，将电子给体材料和电子受体材料分别置于洁净试样瓶中，用常用有机溶剂(如氯苯，甲苯等)溶解配制成溶液，放置在加热搅拌台上搅拌均匀，用0.45微米聚四氟乙烯(PTFE)滤膜过滤得澄清滤液。然后按一定的比例将电子给体材料和电子受体材料混合，放置在加热搅拌台上搅拌均匀。
本发明的电子传输层材料可对高功函数金属提供欧姆接触，将其置于洁净小瓶中，转入氮气保护成膜专用手套箱中，在加有少量乙酸的甲醇中溶解配成0.01-1.5％的溶液，置于搅拌台上搅拌均匀，用0.45微米滤膜过滤得澄清溶液。活性层的制备通过在衬底上涂覆电子给体材料和电子受体材料混合的溶液制得。为此，首先将将ITO衬底通过机械泵产生的负压吸附在匀胶机上，滴注电子给体材料和电子受体材料混合溶后，经高速旋涂(600-6000转/分钟)制得，一般而言，要求制得的活性层厚度在20-500纳米，优选薄膜厚度为70-200纳米。厚度通过调节匀胶机的转速以及控制电子给体材料和电子受体材料混合溶液的浓度来控制。
上述电子给体材料和电子受体材料混合溶液在ITO/PEDOT:PSS衬底成膜后，经干燥后，再在其上面滴注上述电子传输层材料，经高速旋涂(600-6000转/分钟)，获得的电子传输层的厚度在0.5-50纳米。随后，将器件转入真空镀腔中，开启机械泵和分子泵，当镀腔内达到3×10-4Pa的高真空以后，开始蒸镀铝膜(100纳米)作为引出电极。通过掩膜架，将各个电极以及活性层做成设计好的图案。器件的发光区域由掩模与ITO交互覆盖的区域确定为0.15平方厘米。
除了PEDOT:PSS薄膜的制备，所有制备过程均在提供氮气惰性氛围的手套箱内或者真空中进行。为了使到上述真空热蒸发金属薄膜过程，薄膜的生长沉降速率和总的沉积厚度由施加的热功率控制，并通过石英晶振膜厚监测仪(STM-100型，Sycon公司制造)实时监控。活性层或者聚合物电子给体材料的紫外-可见光吸收光谱由HP8453A型二极管阵列式紫外-可见分光光度计测得，测试的波长范围190纳米～1100纳米。
上述电子给体材料的光致发光光谱的测量过程如下：根据其吸收光谱的测试结果，选取适当的激发源。将上述薄膜基片置于Jobin Yvon Spex Fluorolog-3 double-grating荧光光谱仪的光路中即可测试光致发光光谱。此外，还可用分立光源激发，光谱采集用INSTASPEC IV型光栅分光CCD(电荷耦合器件)光谱仪来完成。可供选用的激发光源有：He-Cd气体激光器，可输出325纳米、442纳米激发谱线；半导体二极管激光器可输出405纳米激发谱线；氩离子激光器，可输出488纳米、515纳米等激发谱线。
太阳电池是能量转换器件，要将太阳能转换为电能，所以任何太阳电池器件性能参数的测定，最终都要以太阳光为测试标准。实验室中常用的AM1.5G测量标准的辐射照度是100毫瓦/平方厘米。当用太阳模拟光进行聚合物太阳电池性能测试时，首先要用标准电池确定光源是否复合AM1.5G的辐照度。标准硅太阳电池经过校准：在AM1.5G标准光谱下，即100毫瓦/平方厘米辐射照度的光照射时，得到的短路电流为125毫安。确定辐照度后，即可对器件进行测试。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明采用活性层材料以及电子传输层材料可以提高光伏电池器件的性能，尤其是能量转换效率。(2)本发明涉及的器件结构采用溶液加工技术，制备工艺简单，制作成本低。(3)本发明的电子传输层的材料可溶解于水或甲醇等极性溶剂中。而活性层中电子给体材料和电子受体材料一般不溶于这类溶剂，因此在形成该叠层器件时，电子传输层和活性层之间不会发生混合现象。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有电子传输层和空穴传输层的有机光伏电池，包括依次层叠的衬底、阳极、空穴传输层、活性层、电子传输层和阴极，其特征在于， 
活性层包括层叠而成的电子给体材料和电子受体材料，其中电子给体材料为通式（VI）表示的有机化合物，电子受体材料为碳60及其衍生物或者碳70及其衍生物， 
Figure FDA0000409108260000011
其中，-A-B-表示亚苯基； 
P和Q独立地表示：化学键、或者没有取代基或有一个或多个取代基的(C6-C30)亚芳基，所述取代基选自没有卤素取代基或有卤素取代基的直链或支链的和饱和或不饱和的(C1-C30)烷基、(C6-C30)芳基和卤素； 
R1表示氢,(C6-C30)芳基； 
R2、R3和R4独立地表示直链或支链的和饱和或不饱和的(C1-C30)烷基、或(C6-C30)芳基； 
R11至R18独立地表示氢、直链或支链的和饱和或不饱和的(C1-C30) 烷基、或(C6-C30)芳基； 
R21、R22和R23独立地表示直链或支链的和饱和或不饱和的(C1-C30)烷基、或(C6-C30)芳基；和 
m是1或2的整数。 
2.如权利要求1所述的光伏电池，其特征在于，衬底的材料为玻璃、柔性高分子或金属基材。 
3.如权利要求1所述的光伏电池，其特征在于，阳极的材料为金属氧化物或含有掺杂物的金属氧化物。 
4.如权利要求1所述的光伏电池，其特征在于，空穴传输层的材料为PEDOT:PSS。 
5.如权利要求1所述的光伏电池，其特征在于，电子传输层的材料为： 
3，4，5-三甲氧基-1-[(3-氨基-4-硝基苯基)硫代]苯， 
3，4，5-三甲氧基-1-[(3-乙酰胺基-4-硝基苯基)硫代]苯， 
3，4，5-三甲氧基-1-[(3-硝基-4-甲氧基苯基)硫代]苯， 
3，4，5-三甲氧基-1-[(3-氨基-4-甲氧基苯基)硫代]苯， 
3，4，5-三甲氧基-1-[(3-氟-4-甲氧基苯基)硫代]苯， 
3，4，5-三甲氧基-1-[(4-乙氧基苯基)硫代]苯， 
3，4，5-三甲氧基-1-[(3-苄氧基-4-甲氧基苯基)硫代]苯， 
5-三氟甲基-2-[(3，4，5-三甲氧基苯基)硫代]吡啶， 
3-[(3，4，5-三甲氧基苯基)硫代]苯并噻吩-2-甲酸甲酯， 
2-芴甲氧酰胺基-3-乙酰氧基-N-[2-甲氧基-5-(3，4，5-三甲氧基苯 基)硫代]丙酰胺， 
2-氨基-3-羟基-N-[2-甲氧基-5-(3，4，5-三甲氧基苯基)硫代]丙酰胺，或 
3，4，5-三甲氧基-1-[(3-羟基-4-甲氧基苯基)硫代]苯。 
6.如权利要求1所述的光伏电池，其特征在于，阴极的材料为不透光金属。 
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