CN110491999A - 一种有机太阳能电池用电子传输层的改性方法 - Google Patents

一种有机太阳能电池用电子传输层的改性方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种有机太阳能电池用电子传输层的改性方法，是在以常规溶胶‑凝胶法制备n‑型半导体材料的反应体系中加入吡啶类衍生物改性剂，原位制备n‑型半导体前驱体溶液，将所述n‑型半导体前驱体溶液旋涂成膜，经100～400℃退火处理，得到改性n‑型半导体材料类电子传输层。以该改性n‑型半导体材料类电子传输层制备有机太阳能电池，能够促进电子在太阳能电池中的传输和萃取，提高有机太阳能电池对太阳光子的利用率，进而提高有机太阳能电池的光电转换效率。

Description

一种有机太阳能电池用电子传输层的改性方法
技术领域
本发明涉及一种有机太阳能电池用电子传输层的改性方法，以本发明方法改性的电子传输层制备有机太阳能电池，能够显著提高有机太阳能电池的光电转换效率。
背景技术
太阳能电池技术的发展，是解决环境污染和能源危机的重要技术手段。有机太阳能电池由于成本低、重量轻、可制备大面积柔性器件等潜在优势，引起研究者的广泛关注。
近年来，由于新的活性层材料、界面工程以及器件结构设计的不断发展，有机太阳能电池的效率不断提高，光电转换效率已达到14%。在有机太阳能电池中，界面修饰层的存在使得电极与活性层之间具有良好的欧姆接触，提高了器件的内建电场，抑制了电荷载流子的复合等，从而有效提高了有机太阳能电池的光电转换效率。
正式太阳能电池通常使用酸性PEDOT:PSS作为空穴传输层。这种材料不仅容易吸收水分，而且会腐蚀电极，使得器件的效率下降并且稳定性差。
为了提高太阳能电池的稳定性和光电转换效率，研究者们提出了反式器件结构。在反式器件结构中，金属氧化物n-型半导体材料（例如氧化锌、氧化铯、二氧化钛、五氧化二铌、氧化铬、三氧化二铝、氧化锡等）一般被用作电子传输层，并以高功函数金属（如金）作为金属电极。因为金属氧化物与具有高功函数的金属在空气中具有高的稳定性，所以反式器件结构可以显著提高太阳能电池的稳定性。
金属氧化物n-型半导体材料具有良好的导电性，价格低廉，容易获取，同时属于环境友好型材料。金属氧化物n-型半导体的制备包括气相沉积法、电化学法、磁控溅射法、溶胶-凝胶法等。与其它制备方法相比，溶胶-凝胶法具有成本低廉、制备工艺简便、适合大面积制备等优点。然而，溶胶-凝胶法制备的电子传输层容易产生大量缺陷态，这些缺陷态会成为电荷复合的潜在位点，对电子传输能力造成不利影响，影响太阳能电池的性能。
另外，这些金属氧化物n-型半导体材料电子传输层都表现出一定程度的亲水性，导致其与活性层中的有机材料间相容性降低，使得电子传输层与活性层之间的接触性下降，导致太阳能电池产生较大的接触电阻，进而影响太阳能电池的电荷萃取过程，对太阳能电池的性能造成不利影响。
为了解决溶胶-凝胶法制备金属氧化物n-型半导体材料电子传输层存在的这些问题，提高太阳能电池的光电转换效率，研究者们提出了将n-型半导体材料与有机物相结合的双层结构电子传输层（n-型半导体/有机物）。双层结构电子传输层能有效改善接触、钝化表面缺陷、调节功函数等，从而获得高效的有机太阳能电池。
但是，该双层结构电子传输层所实现的作用类似于吡啶类化合物在染料敏化太阳电池电解质中起到的作用，只能钝化电子传输层的表面缺陷，无法对电子传输层内部缺陷产生影响。此外，双层结构电子传输层还势必会引入新的界面接触，使太阳能电池的制备工艺变得更加复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种有机太阳能电池用电子传输层的改性方法，通过对现有溶胶-凝胶法制备n-型半导体材料进行改性，实现电子传输层的缺陷态原位钝化，提升电子传输层性能，改善电子传输层与光吸收层之间的界面接触，最终提高太阳能电池的性能。
本发明所述的有机太阳能电池用电子传输层的改性方法是针对n-型半导体材料进行的，在以常规溶胶-凝胶法制备n-型半导体材料的反应体系中加入吡啶类衍生物改性剂，原位制备n-型半导体前驱体溶液，将所述n-型半导体前驱体溶液旋涂成膜，经100～400℃退火处理，得到改性n-型半导体材料类电子传输层。
其中，所述吡啶类衍生物改性剂的加入量满足吡啶类衍生物改性剂与制备的n-型半导体材料的摩尔比为3～300∶100。
进一步地，所述的n-型半导体材料为金属氧化物，包括但不限于氧化锌、氧化铯、二氧化钛、五氧化二铌、氧化铬、三氧化二铝、氧化锡。
本发明所述的吡啶类衍生物改性剂可以是烷基取代吡啶衍生物、卤素取代吡啶衍生物、具有给电子能力的胺类取代吡啶衍生物、具有拉电子能力的硝基取代吡啶衍生物、含巯基取代的吡啶衍生物等。
具体地，满足上述条件的吡啶类衍生物改性剂可以包括但不限于：2-甲基吡啶，3-甲基吡啶，4-甲基吡啶，2,3-二甲基吡啶，2,6-二甲基吡啶，3,4-二甲基吡啶，3,5-二甲基吡啶，2,3,5-三甲基吡啶，2,4,6-三甲基吡啶，2,3,5,6-四甲基吡啶，2-丁基吡啶，3-丁基吡啶，2-氯吡啶，3-氯吡啶，4-氯吡啶，2,3-二氯吡啶，2,4-二氯吡啶，2,5-二氯吡啶，2,6-二氯吡啶，3,4-二氯吡啶，3,5-二氯吡啶，2,3,4-三氯吡啶，2,3,5-三氯吡啶，2,3,6-三氯吡啶，3,4,5-三氯吡啶，2,4,5-三氯吡啶，2,4,6-三氯吡啶，2,3,4,5-四氯吡啶，2,3,4,6-四氯吡啶，2,3,5,6-四氯吡啶，2,3,4,5,6-五氯吡啶，2-氟吡啶，2,3-二氟吡啶，2,3,5-三氟吡啶，2,3,4,6-四氟吡啶，2-溴吡啶，2,3-二溴吡啶，2,3,5-三溴吡啶，2,3,4,6-四溴吡啶，2-氨基吡啶，3-氨基吡啶，4-氨基吡啶，2,3-二氨基吡啶，2,6-二氨基吡啶，3,5-二氨基吡啶，2,3,5,6-四氨基吡啶，2-硝基吡啶，3-硝基吡啶，4-硝基吡啶，2,3-二硝基吡啶，2,4-二硝基吡啶，2,5-二硝基吡啶，4-叔丁基吡啶，2,6-二叔丁基吡啶，2,4,6-三叔丁基吡啶，2-羟基-5-叔丁基吡啶，2-巯基吡啶，3-巯基吡啶，4-巯基吡啶，2,3-二巯基吡啶，4-溴-2,3,5,6-四氟吡啶，2-氯-4-(甲硫基)吡啶，2-氨基-3-巯基吡啶，4-氨基-3-巯基吡啶，2-氨基-4-巯基吡啶，3-氨基-4-巯基吡啶，6-氯-3-磺胺吡啶，5-氯-2-巯基吡啶，2-甲硫基吡啶，2-巯基-5-(三氟甲基)吡啶，7-氯-2-碘噻吩并[3,2-b]吡啶，4-氨基-噻吩[3,2-C]吡啶，2-溴-5-甲砜基吡啶，3-溴-5-(甲基磺酰)吡啶，3-溴-5-(甲硫基)吡啶等各类吡啶类衍生物。
进一步地，所述吡啶类衍生物改性剂可以选自以下任意一种：2-甲基吡啶，3-甲基吡啶，4-甲基吡啶，2,3-二甲基吡啶，2,6-二甲基吡啶，3,4-二甲基吡啶，3,5-二甲基吡啶，2,3,5-三甲基吡啶，2,4,6-三甲基吡啶，2-氯吡啶，3-氯吡啶，4-氯吡啶，2,3-二氯吡啶，2,4-二氯吡啶，2,5-二氯吡啶，2,6-二氯吡啶，3,4-二氯吡啶，3,5-二氯吡啶，2,3,4-三氯吡啶，2,3,5-三氯吡啶，2,3,6-三氯吡啶，3,4,5-三氯吡啶，2,4,5-三氯吡啶，2,4,6-三氯吡啶，2-氨基吡啶，3-氨基吡啶，4-氨基吡啶，2,3-二氨基吡啶，2,6-二氨基吡啶，3,5-二氨基吡啶，2-硝基吡啶，3-硝基吡啶，4-硝基吡啶，2,3-二硝基吡啶，2,4-二硝基吡啶，2,5-二硝基吡啶，4-叔丁基吡啶，2,6-二叔丁基吡啶，2,4,6-三叔丁基吡啶，2-巯基吡啶，3-巯基吡啶，4-巯基吡啶，2,3-二巯基吡啶，2-羟基-5-叔丁基吡啶。
更进一步地，本发明最优选的吡啶类衍生物改性剂是4-叔丁基吡啶。
本发明针对所述成膜的退火处理中，退火处理方式可以是恒温加热，也可以是梯度升温加热。
以本发明所述改性方法得到的改性n-型半导体材料类电子传输层能够用于制备高效的有机太阳能电池，促进电子在太阳能电池中的传输和萃取，提高有机太阳能电池对太阳光子的利用率，进而提高有机太阳能电池的光电转换效率等性能。
因此，本发明进一步提供了一种使用本发明所述改性n-型半导体材料类电子传输层的高效有机太阳能电池，所述有机太阳能电池的器件结构自下而上依次包括：透明基底和透明基底上的阴极、旋涂在阴极上的电子传输层、旋涂于电子传输层上的活性层、蒸镀在活性层上的空穴传输层和阳极，其中，所述的活性层可以由任意电子给体和电子受体的混合物构成，所述的空穴传输层可以由任意的无机或有机空穴传输材料构成。
本发明的有机太阳能电池用电子传输层改性方法提高了电子传输层的疏水性，改善了电子传输层与活性层间的接触，实现了n-型半导体材料电子传输层的原位缺陷钝化。将改性n-型半导体材料类电子传输层应用于太阳能电池中，可以使器件具有更高的激子分离和电荷传输效率，并抑制载流子复合电荷重组，提高器件的电子收集效率和能量转换效率。使用本发明改性n-型半导体材料类电子传输层，在不引入新的界面接触的前提下，不仅可以有效提高太阳能电池的性能表现，而且可以实现与现有太阳能电池的良好兼容。
J-V测试结果显示，与未改性的n-型半导体材料相比，将本发明所述的改性n-型半导体材料类电子传输层应用于太阳能电池中，可以使有机太阳能电池的短路电流密度至少提高17%，光电转换效率至少提高19%。最终，所制备有机太阳能电池的光电转换效率可以达到10%以上。
附图说明
图1是实施例1、3、4和比较例1制备电子传输层的原子力显微镜照片。
图2是应用例1制备有机太阳能电池的J-V曲线图。
图3是应用例2制备有机太阳能电池的J-V曲线图。
图4是应用例3制备有机太阳能电池的J-V曲线图。
图5是应用例4制备有机太阳能电池的J-V曲线图。
图6是应用例5制备有机太阳能电池的J-V曲线图。
图7为应用例6制备有机太阳能电池的J-V曲线图
图8为应用例7制备有机太阳能电池的J-V曲线图。
具体实施方式
下述实施例仅为本发明的优选技术方案，并不用于对本发明进行任何限制。对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明各实施例中的电子传输层均被制备在ITO导电玻璃上得到。
将带有图案的ITO导电玻璃清洗干净，依次放入去离子水、丙酮、异丙醇中各超声清洗20min，置于60℃烘箱中烘烤过夜，以去除多余的溶剂。再将干净的导电玻璃暴露在紫外臭氧中15min，以提高功函数。
实施例1。
称取1g二水合醋酸锌，0.28g乙醇胺于玻璃样品瓶中，加入9.95mL 2-甲氧基乙醇和0.05mL 4-叔丁基吡啶，放入磁子，室温下剧烈搅拌12h，至混合均匀，制备得到改性氧化锌前驱体溶液。
将上述改性氧化锌前驱体溶液以4000rpm的转速在ITO导电玻璃上旋涂60s，制成薄膜，200℃退火处理1h，获得平面型改性氧化锌电子传输层，标记为TBP-ZnO(7.4:100)。
实施例2。
称取1g二水合醋酸锌，0.28g乙醇胺于玻璃样品瓶中，加入9.5mL 2-甲氧基乙醇和0.5mL 4-叔丁基吡啶，放入磁子，室温下剧烈搅拌12h，至混合均匀，制备得到改性氧化锌前驱体溶液。
将上述改性氧化锌前驱体溶液以4000rpm的转速在ITO导电玻璃上旋涂60s，制成薄膜，160℃退火处理0.5h，获得平面型改性氧化锌电子传输层，标记为TBP-ZnO(74:100)。
实施例3。
称取1g二水合醋酸锌，0.28g乙醇胺于玻璃样品瓶中，加入9mL 2-甲氧基乙醇和1mL 4-叔丁基吡啶，放入磁子，室温下剧烈搅拌12h，至混合均匀，制备得到改性氧化锌前驱体溶液。
将上述改性氧化锌前驱体溶液以4000rpm的转速在ITO导电玻璃上旋涂60s，制成薄膜，230℃退火处理1h，获得平面型改性氧化锌电子传输层，标记为TBP-ZnO(148:100)。
实施例4。
称取1g二水合醋酸锌，0.28g乙醇胺于玻璃样品瓶中，加入8.5mL 2-甲氧基乙醇和1.5mL 4-叔丁基吡啶，放入磁子，室温下剧烈搅拌12h，至混合均匀，制备得到改性氧化锌前驱体溶液。
将上述改性氧化锌前驱体溶液以4000rpm的转速在ITO导电玻璃上旋涂60s，制成薄膜，200℃退火处理0.5h，获得平面型改性氧化锌电子传输层，标记为TBP-ZnO(222:100)。
比较例1。
称取1g二水合醋酸锌，0.28g乙醇胺于玻璃样品瓶中，加入10mL 2-甲氧基乙醇，放入磁子，室温下剧烈搅拌12h，至混合均匀，制备得到未改性的氧化锌前驱体溶液。
将上述未改性氧化锌前驱体溶液以4000rpm的转速在ITO导电玻璃上旋涂60s，制成薄膜，180℃退火处理1.5h，获得平面型未改性氧化锌电子传输层，标记为ZnO。
分别测试比较例1、实施例2、实施例3和实施例4制备电子传输层的水接触角，依次为26°、28.5°、33°和31°。水接触角测试结果显示，4-叔丁基吡啶的引入可以增加所制备电子传输层的表面疏水性，从而增强电子传输层与功能层的接触，提升电子传输和萃取能力，进而提高有机太阳能电池的太阳光子利用率，最终提高有机太阳能电池的光电转换效率。
进而，采用原子力显微镜(AFM)对比较例1、实施例2、实施例3和实施例4制备电子传输层的表面形貌进行分析，得到了图1所示的电子传输层原子力显微镜照片。4个样品的表面粗糙度分别为2.371nm、1.361nm、1.220nm和1.251nm。表面粗糙度结果表明，加入4-叔丁基吡啶后的电子传输层表面形貌趋于平滑，平滑的表面形貌同样有益于电子传输层与功能层接触，有助于提升电子的传输和萃取，从而提高有机太阳能电池的太阳光子利用率，最终提高有机太阳能电池的光电转换效率。
实施例5。
将实施例2制备的改性氧化锌前驱体溶液以4000rpm的转速在ITO导电玻璃上旋涂60s，制成薄膜，以10℃/min的升温梯度，从室温梯度升温至400℃进行退火处理，获得波纹状的改性氧化锌电子传输层，标记为R-TBP-ZnO(74:100)。
比较例2。
将比较例1制备的未改性氧化锌前驱体溶液以4000rpm的转速在ITO导电玻璃上旋涂60s，制成薄膜，以10℃/min的升温梯度，从室温梯度升温至300℃进行退火处理，获得波纹状的未改性氧化锌电子传输层，标记为R-ZnO。
实施例6。
称取1g碳酸铯，加入9.5mL 2-甲氧基乙醇和0.5mL 4-叔丁基吡啶，放入磁子，室温下剧烈搅拌12h，至充分溶解，制备得到改性氧化铯前驱体溶液。
将上述改性氧化铯前驱体溶液以5000rmp的转速在ITO导电玻璃上旋涂60s，制成薄膜，160℃退火处理20min，制成改性氧化铯电子传输层，标记为TBP-Cs2O(110:100)。
实施例7。
称取1g碳酸铯，加入9mL 2-甲氧基乙醇和1mL 4-叔丁基吡啶，放入磁子，室温下剧烈搅拌12h，至充分溶解，制备得到改性氧化铯前驱体溶液。
将上述改性氧化铯前驱体溶液以6000rmp的转速在ITO导电玻璃上旋涂60s，制成薄膜，200℃退火处理30min，制成改性氧化铯电子传输层，标记为TBP-Cs2O(219:100)。
比较例3。
称取1g碳酸铯，加入10mL 2-甲氧基乙醇，放入磁子，室温下剧烈搅拌12h，至充分溶解，制备得到未改性氧化铯前驱体溶液。
将上述未改性氧化铯前驱体溶液以4000rmp的转速在ITO导电玻璃上旋涂60s，制成薄膜，160℃退火处理20min，制成未改性氧化铯电子传输层，标记为Cs2O。
应用例1。
将PTB7与PC71BM按照1∶1.5的质量比混合，溶解在由氯苯和1,8-二碘甲烷以体积比97∶3得到的混合溶剂中，配制成浓度为25mg/ml的活性层溶液。
把实施例2获得的电子传输层转移至惰性气体保护的手套箱中，在转速1500rpm下旋涂上述活性层溶液120s后，转移至真空蒸发腔体中，待真空度达到5×10-4Pa，以0.2Å/s的速率依次蒸镀5nm的MoO3作为空穴传输层，80nm的铝作为金属电极，制备得到器件结构为ITO/ TBP-ZnO(74:100) (40nm)/ PTB7:PC71BM (95nm)/ MoO3 (5nm)/ Al (80nm)的有机太阳能电池，标记为SC1-Z。
采用比较例1获得的电子传输层，以同样方法制备得到器件结构为ITO/ ZnO(40nm)/ PTB7:PC71BM (95nm)/ MoO3 (5nm)/ Al (80nm)的有机太阳能电池，标记为SC01-Z。
在AM 1.5G 100mW/cm2条件下测试所制备有机太阳能电池的J-V性能曲线，结果如图2所示。
太阳能电池SC01-Z的性能参数为：开路电压0.74V，短路电流密度15.83mA/cm2，填充因子68.46%，光电转换效率8.02%。
太阳能电池SC1-Z的性能参数为：开路电压0.74V，短路电流密度17.77mA/cm2，填充因子70.20%，光电转换效率9.22%。
与比较例1电子传输层制备有机太阳能电池SC01-Z比较，实施例2电子传输层制备有机太阳能电池SC1-Z的短路电流密度、填充因子和光电转换效率等性能均有明显提升。
应用例2。
按照应用例1方法，使用实施例3的电子传输层制备器件结构为ITO/ TBP-ZnO(148:100) (40nm)/ PTB7:PC71BM (95nm)/ MoO3 (5nm)/ Al (80nm)的有机太阳能电池，标记为SC2-Z。
在AM 1.5G 100mW/cm2条件下测试所制备有机太阳能电池的J-V性能曲线，与SC01-Z进行比较的结果如图3所示。
太阳能电池SC01-Z的性能参数为：开路电压0.74V，短路电流密度15.83mA/cm2，填充因子68.46%，光电转换效率8.02%。
太阳能电池SC2-Z的性能参数为：开路电压0.74V，短路电流密度19.81mA/cm2，填充因子70.20%，光电转换效率10.26%。
与SC01-Z比较，太阳能电池SC2-Z的短路电流密度提高了25%，光电转换效率提高了28%。
应用例3。
将P3HT与PC61BM按照1∶1的质量比混合，溶解在邻二氯苯中，配制成浓度为40mg/ml的活性层溶液。
把实施例2获得的电子传输层转移至惰性气体保护的手套箱中，先在转速700rpm下旋涂上述活性层溶液28s，再在转速1500rpm下旋涂上述活性层溶液2s，将得到的活性层采取慢干工艺在110℃退火处理10min后，转移至真空蒸发腔体中，待真空度达到5×10-4Pa，以0.2Å/s的速率依次蒸镀5nm的MoO3作为空穴传输层，80nm的铝作为金属电极，制备得到器件结构为ITO/ TBP-ZnO(74:100) (40nm)/ P3HT:PC61BM (200nm)/ MoO3 (5nm)/ Al(80nm)的有机太阳能电池，标记为SC3-Z。
采用比较例1获得的电子传输层，以同样方法制备得到器件结构为ITO/ ZnO(40nm)/ P3HT:PC61BM (200nm)/ MoO3 (5nm)/ Al (80nm)的有机太阳能电池，标记为SC02-Z。
在AM 1.5G 100mW/cm2条件下测试所制备有机太阳能电池的J-V性能曲线，结果如图4所示。
太阳能电池SC02-Z的性能参数为：开路电压0.57V，短路电流密度10.15mA/cm2，填充因子65.8%，光电转换效率3.80%。
太阳能电池SC3-Z的性能参数为：开路电压0.57V，短路电流密度10.71mA/cm2，填充因子66.30%，光电转换效率4.03%。
与比较例1电子传输层制备有机太阳能电池SC02-Z比较，实施例2电子传输层制备有机太阳能电池SC3-Z的短路电流密度和光电转换效率等性能均有明显提升。
应用例4。
按照应用例3方法，使用实施例1的电子传输层制备器件结构为ITO/ TBP-ZnO(7.4:100) (40nm)/ P3HT:PC61BM (200nm)/ MoO3 (5nm)/ Al (80nm)的有机太阳能电池，标记为SC4-Z。
在AM 1.5G 100mW/cm2条件下测试所制备有机太阳能电池的J-V性能曲线，与SC02-Z进行比较的结果如图5所示。
太阳能电池SC02-Z的性能参数为：开路电压0.57V，短路电流密度10.15mA/cm2，填充因子65.8%，光电转换效率3.80%。
太阳能电池SC4-Z的性能参数为：开路电压0.57V，短路电流密度11.87mA/cm2，填充因子66.80%，光电转换效率4.52%。
太阳能电池SC-Z4的器件性能有明显提升，表现在短路电流密度和光电转换效率上。
应用例5。
按照应用例3方法，使用实施例6的电子传输层制备器件结构为ITO/ TBP-Cs2O(110:100) (40nm)/ P3HT:PC61BM (200nm)/ MoO3 (5nm)/ Al (80nm)的有机太阳能电池，标记为SC5-C。
采用比较例3获得的电子传输层，以同样方法制备得到器件结构为ITO/ Cs2O(40nm)/ P3HT:PC61BM (200nm)/ MoO3 (5nm)/ Al (80nm)的有机太阳能电池，标记为SC03-C。
在AM 1.5G 100mW/cm2条件下测试所制备有机太阳能电池的J-V性能曲线，结果如图6所示。
太阳能电池SC03-C的性能参数为：开路电压0.57V，短路电流密度9.99mA/cm2，填充因子65.5%，光电转换效率3.74%。
太阳能电池SC5-C的性能参数为：开路电压0.57V，短路电流密度10.55mA/cm2，填充因子66.4%，光电转换效率4.03%。
应用例6。
按照应用例3方法，使用实施例7的电子传输层制备器件结构为ITO/ TBP-Cs2O:(219:100) (40nm)/ P3HT:PC61BM (200nm)/ MoO3 (5nm)/ Al (80nm)的有机太阳能电池，标记为SC6-C。
在AM 1.5G 100mW/cm2条件下测试所制备有机太阳能电池的J-V性能曲线，与SC03-C进行比较的结果如图7所示。
太阳能电池SC03-C的性能参数为：开路电压0.57V，短路电流密度9.99mA/cm2，填充因子65.5%，光电转换效率3.74%。
太阳能电池SC6-C的性能参数为：开路电压0.57V，短路电流密度11.01mA/cm2，填充因子66.1%，光电转换效率4.14%。
应用例7。
按照应用例1方法，使用实施例5的电子传输层制备器件结构为ITO/ R-TBP-ZnO:(74:100) (40nm)/ PTB7:PC71BM (95nm)/ MoO3 (5nm)/ Al (80nm)的有机太阳能电池，标记为SC7-RZ。
采用比较例2获得的电子传输层，以同样方法制备得到器件结构为ITO/ R-ZnO(40nm)/ PTB7:PC71BM (95nm)/ MoO3 (5nm)/ Al (80nm)的有机太阳能电池，标记为SC04-RZ。
在AM 1.5G 100mW/cm2条件下测试所制备有机太阳能电池的J-V性能曲线，结果如图8所示。
太阳能电池SC04-RZ的性能参数为：开路电压0.73V，短路电流密度16.13mA/cm2，填充因子66.89%，光电转换效率7.92%。
太阳能电池SC7-RZ的性能参数为：开路电压0.74V，短路电流密度18.54mA/cm2，填充因子65.65%，光电转换效率8.96%。

Claims (10)

1.一种有机太阳能电池用电子传输层的改性方法，是在以常规溶胶-凝胶法制备n-型半导体材料的反应体系中加入吡啶类衍生物改性剂，原位制备n-型半导体前驱体溶液，将所述n-型半导体前驱体溶液旋涂成膜，经100～400℃退火处理，得到改性n-型半导体材料类电子传输层。
2.根据权利要求1所述的有机太阳能电池用电子传输层的改性方法，其特征是所述吡啶类衍生物改性剂的加入量满足吡啶类衍生物改性剂与制备的n-型半导体材料的摩尔比为3～300∶100。
3.根据权利要求1所述的有机太阳能电池用电子传输层的改性方法，其特征是所述的n-型半导体材料为金属氧化物。
4.根据权利要求3所述的有机太阳能电池用电子传输层的改性方法，其特征是所述的金属氧化物为氧化锌、氧化铯、二氧化钛、五氧化二铌、氧化铬、三氧化二铝或氧化锡。
5.根据权利要求1所述的有机太阳能电池用电子传输层的改性方法，其特征是所述的吡啶类衍生物改性剂是烷基取代吡啶衍生物、卤素取代吡啶衍生物、具有给电子能力的胺类取代吡啶衍生物、具有拉电子能力的硝基取代吡啶衍生物或含巯基取代的吡啶衍生物。
6.根据权利要求1或5所述的有机太阳能电池用电子传输层的改性方法，其特征是所述的吡啶类衍生物改性剂是4-叔丁基吡啶。
7.根据权利要求1所述的有机太阳能电池用电子传输层的改性方法，其特征是所述退火处理中，退火处理方式是恒温加热或梯度升温加热。
8.采用权利要求1所述的有机太阳能电池用电子传输层的改性方法制备得到的改性n-型半导体材料类电子传输层。
9.权利要求8所述改性n-型半导体材料类电子传输层作为电子传输层材料制备有机太阳能电池的应用。
10.一种有机太阳能电池，自下而上依次包括：透明基底和透明基底上的阴极、旋涂在阴极上的电子传输层、旋涂于电子传输层上的活性层、蒸镀在活性层上的空穴传输层和阳极，其中，所述的电子传输层使用权利要求8所述的改性n-型半导体材料类电子传输层制备，所述活性层由任意电子给体和电子受体的混合物构成，所述空穴传输层由任意无机或有机空穴传输材料构成。
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