CN103811663A - 一种免退火的有机太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种免退火的有机太阳能电池及其制备方法。该有机太阳能电池自下而上包括衬底阴极、电子传输层、有机吸光层、空穴传输层和阳极电极。其电子传输层为由polyethylenimine ethoxylated（PEIE）覆盖的ZnO组成的双层电子传输层。本发明通过用PEIE覆盖的ZnO组成的双层作为电子传输层，制备了高效的免退火的有机太阳能电池，该电池远远的高于了单独的PEIE和ZnO电子传输层太阳能电池的转换效率。本发明的有机太阳能电池有效的提高了电荷在有机层和电子传输层之间传输效率，减小了电荷在界面的复合。

Description

一种免退火的有机太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及的是一种免退火的有机太阳能电池及其制备方法。
背景技术
有机太阳能电池由于制备简单、质量轻、成本小以及可以大面积生产的优点受到广大研究者的青睐。传统的有机太阳能电池以PEDOT:PSS作为空穴传输层，但是PEDOT:PSS因具有酸性对ITO有腐蚀性的缺点，不利于制备长期稳定的有机太阳能电池。所以发展倒置的有机太阳能电池，其结构是自下而上包括衬底阴极、电子修饰层、有机吸光层、空穴修饰层和阳极电极。这样的结构以金属氧化物（ZnO，TiO2，Al2O3）为电子传输层，提高了电池的稳定性，避免了PEDOT:PSS的使用对ITO的腐蚀。然而高效的有机聚合物太阳能电池的获得往往需要进一步的热退火，但是热退火将破坏电池的结构，影响电池的性能。进而发展免退火的电池成为了研究者的一大热点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种免退火的有机太阳能电池及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种免退火的有机太阳能电池的制备方法，其步骤如下：
（1）在玻璃基板上涂有图案的透明氧化物ITO，将ITO作为阴极；
（2）在ITO上旋涂一层ZnO，再在ZnO薄膜上旋涂一层PEIE作为双层的电子传输层；
（3）在双层电子传输层上旋涂聚合物给体-受体的混合物溶液，得到活性层；聚合物给体-受体是：P3HT和PCBM；
（4）在活性层上蒸镀空穴传输层；
（5）在空穴传输层上蒸镀金属材料，生成有机太阳能电池的阳极。
所述的聚合物给体-受体的混合物溶液是18mg的P3HT和18mg的PCBM溶于1mL的氯苯中。
所述的空穴传输层材料为MoO3或PEDOT:PSS。
所述的金属材料为铝或银。
所述的制备方法制得的有机太阳能电池。
本发明通过用PEIE覆盖的ZnO组成的双层作为电子传输层，制备了高效的免退火的有机太阳能电池，该电池远远的高于了单独的PEIE和ZnO电子传输层太阳能电池的转换效率。本发明的有机太阳能电池有效的提高了电荷在有机层和电子传输层之间传输效率，减小了电荷在界面的复合。
附图说明
图1是聚合物太阳能电池的结构示意图；其中，1阴极、2电子传输层、3有机活性层、4空穴传输层、5阳极。
图2是实施例1所制有机太阳能电池的I-V曲线图。
图3是实施例2所制有机太阳能电池的I-V曲线图。
图4是实施例3所制有机太阳能电池的I-V曲线图。
图5是实施例4所制有机太阳能电池的I-V曲线图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
下面结合结构示意图和具体实施例对本发明的实施方式做进一步的说明
图1所示，阴极1为在玻璃上涂覆ITO。电子传输层2为ZnO和PEIE。有机活性层3是具有电子给体和电子受体的混合物，其中电子给体材料为P3HT；电子受体材料为PCBM。空穴传输层4的材料可以使用常用的MoO3，也可以是PEDOT:PSS即poly（3,4-ethylenediox-ythiophene）:poly（styrenesulfonate）。阳极5材料选用常见的金属银和铝。
实施例1
第一步，先制备ZnO纳米颗粒，把0.799g醋酸锌和0.337g的氢氧化钾溶于50mL的甲醇溶液中，然后在63℃下搅拌两小时，得到白色沉淀，通过离心机离心出白色颗粒，再重新溶解在甲醇中再次冲洗，再离心，反复冲洗3遍，最后得到的白色沉淀以0.5mg/mL溶解于甲醇中，备用。PEIE从SigmaAldrich购买，PEIE溶液是将PEIE稀释到二甲氧基乙醇中，浓度为PEIE在溶液中占0.04%（重量比）。或参照文献Y.Zhou,et al,A universal method to produce low-work function electrodesfor organic electronics,Science,336,(2012)327-332。
第二步，配置P3HT:PCBM有机活性层溶液，18mg的P3HT（aldrich）和18mg的PCBM（SigmaAldrich）溶于1mL的氯苯中，在暗处搅拌8小时，备用。
第三步，清洗基片，将有图案的ITO玻璃（从上海广电集团购买，基片大小为27*27mm2）分别放入丙酮、乙醇、异丙醇以及去离子水中分别超声20min，然后再用氮气吹干，备用。
第四步，制备双层的电子传输层ZnO/PEIE薄膜，先旋涂一层ZnO薄膜，取第一步制备好的ZnO溶液80uL，转速为2500～3000rpm进行旋涂；旋涂完成后，将样品放到150℃的加热台上烘烤10min。再在烘干的ZnO薄膜上涂上一层PEIE，取100uL第一步制备的PEIE溶液，转速为5000rpm，再把制备的薄膜放在100℃的加热台上烘烤15min。
第五步，活性层的制备，在第四步制备好的电子传输层上旋涂有机活性层，取第二步所制的有机活性层溶液40uL，在转速为800rpm的条件下旋涂，获得厚度约为150纳米的活性层。没有对活性层进行进一步的热退火处理。
第六步，蒸镀空穴传输层和电极，把第五步制备好活性层的样品传入真空腔体内，在样品上蒸镀10纳米的MoO3空穴传输层，再在空穴传输层上蒸镀100纳米的Ag电极。
通过上面的制备过程，得到的有机太阳能电池的转换效率为3.8%。I-V曲线如图2所示。
实施例2
第一二三步同实施例1。
第四步，制备单层的ZnO薄膜；旋涂一层ZnO薄膜，取第一步制备好的ZnO溶液80uL，转速为2500～3000rpm进行旋涂；旋涂完成后，将样品放到150℃的hotplate上烘烤10min。
第五六步同实施例1
通过上面的制备过程，得到的有机太阳能电池的转换效率为2.83%。I-V曲线如图3所示。
实施例3
第一二三步同实施例1。
第四步，制备单层的PEIE薄膜；旋涂一层PEIE薄膜，取第一步制备好的PEIE溶液100uL，转速为4000rpm进行旋涂；旋涂完成后，将样品放到100℃的hotplate上烘烤15min。
第五六步同实施例1。
通过上面的制备过程，得到的有机太阳能电池的转换效率为2.71%。I-V曲线如图4所示。
实施例4
第一二三步同实施例1。
第四步，制备双层的PEIE/ZnO薄膜；旋涂一层PEIE薄膜，取第一步制备好的PEIE溶液100uL，转速为4000rpm进行旋涂；旋涂完成后，将样品放到100℃的hotplate上烘烤15min。再在制备好的样品上旋涂一层ZnO薄膜，取第一步制备好的ZnO溶液80uL，转速为2500～3000rpm进行旋涂；旋涂完成后，将样品放到150℃的hotplate上烘烤10min。
第五六步同实施例1。
通过上面的制备过程，得到的有机太阳能电池的转换效率为1.71%。I-V曲线图5所示。
由以上的实施例1、2、3、4可以看出，用PEIE覆盖在ZnO上有效的提高了电荷在有机层和电子传输层之间传输效率和减小了电荷在界面的复合，进而制备的有机太阳能电池可以不需要任何的热处理就能得到高达3.8%的转换效率。而对比实施例4，ZnO覆盖在PEIE上得出较低的转换效率。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种免退火的有机太阳能电池的制备方法，其特征是，其步骤如下：
（1）在玻璃基板上涂有图案的透明氧化物ITO，将ITO作为阴极；
（2）在ITO上旋涂一层ZnO，再在ZnO薄膜上旋涂一层PEIE作为双层的电子传输层；
（3）在双层电子传输层上旋涂聚合物给体-受体的混合物溶液，得到活性层；聚合物给体-受体是：P3HT和PCBM；
（4）在活性层上蒸镀空穴传输层；
（5）在空穴传输层上蒸镀金属材料，生成有机太阳能电池的阳极。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，聚合物给体-受体的混合物溶液是18mg的P3HT和18mg的PCBM溶于1mL的氯苯中。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述的空穴传输层材料为MoO3或PEDOT:PSS。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述金属材料为铝或银。
5.根据权利要求1-5任一所述的制备方法制得的有机太阳能电池。
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