CN110495003A

CN110495003A - 用于制造有机太阳能电池的方法和使用其制造的有机太阳能电池

Info

Publication number: CN110495003A
Application number: CN201880020653.2A
Authority: CN
Inventors: 崔斗焕; 李志永; 张松林; 金研迅
Original assignee: LG Chem Ltd
Current assignee: LG Chem Ltd
Priority date: 2017-05-02
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2019-11-22
Anticipated expiration: 2038-04-27
Also published as: EP3595024A4; CN110495003B; EP3595024B1; KR20180122268A; JP6966036B2; US20200135946A1; US11171289B2; JP2020511793A; EP3595024A1; KR102064650B1

Abstract

提供了涉及用于制造有机太阳能电池的方法和使用其制造的有机太阳能电池的公开内容，所述方法包括：准备基底；在所述基底上形成第一电极；通过在所述第一电极上涂覆包含光活性材料和溶剂的溶液来形成光活性层；将所述光活性层在具有恒定体积的封闭式干燥系统中干燥；以及在所述光活性层上形成第二电极。

Description

用于制造有机太阳能电池的方法和使用其制造的有机太阳能电池

技术领域

本申请要求于2017年5月2日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0056220号和于2017年10月26日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0140290号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

本公开内容是涉及用于制造有机太阳能电池的方法和使用其制造的有机太阳能电池的公开内容。

背景技术

在全球太阳能电池市场中，约90％是基于硅材料的太阳能电池。硅太阳能电池的材料成本和生产单位成本昂贵，因此，在大规模发电例如核能发电和火力发电方面仍然受到限制。使用有机材料的太阳能电池器件已经成为这种基于硅的太阳能电池的问题的解决方案，这是因为有机太阳能电池具有以较低成本制造器件的优点。

有机太阳能电池主要由阳极、光活性层和阴极形成。尽管通常使用有机材料作为光活性层，并且主要分别使用铟锡氧化物(ITO)和铝(Al)作为阳极和阴极，但有关用有机材料替代阳极和阴极电极材料的研究目前正在全球积极地进行。此外，随着有关具有低带隙的新的有机聚合物的研究成果，能量转换效率趋于增加。

在具有由阳极电极/空穴传输层/光活性层/电子传输层/阴极电极形成的结构的一般有机太阳能电池中，用于形成光活性层的方法大致分为以下两种方法：使用在真空气氛下沉积电子供体和电子受体材料的方法来制备薄膜的方法，以及使用溶液法来制备薄膜的方法。更详细地，利用沉积的方法使用单体作为电子供体和电子受体两者，而利用溶液法的方法通常使用聚合物作为电子供体材料，并使用聚合物、富勒烯衍生物、苝衍生物，量子点无机纳米颗粒等作为电子受体。因此，与沉积和使用单体相比，使用利用聚合物的溶液法不需要真空技术，并且能够以较低成本大规模生产大面积器件，因此，最近研究的重心集中在使用聚合物的溶液法。

光活性层有时使用高沸点溶剂如三氯苯或高沸点添加剂如1,8-二碘辛烷以控制薄膜形态，尽管这些添加剂可以在在高真空下热沉积现有阴极时被除去，但存在的问题是在使用溶液方法的基底之后进行所有过程时这些可能不容易被除去。因此，在使用现有的溶液方法制造的有机太阳能电池器件中，由于涂覆之后不充分的干燥过程而残留的水分在后热处理过程中被确定为表面上的气泡。有机太阳能电池器件中的这种气泡导致光活性层与阴极的界面之间的接触不良，并且当严重地产生气泡时，器件的电路可能短路，并最终可能不能期望提高器件的能量转换效率。

考虑到上述情况，当在溶液涂覆之后进一步升高干燥温度以除去残留水分时，经溶液涂覆的表面可能由于扩散现象而变粗糙，这进一步导致涂层表面热分解的另一个问题。

现有技术文献

专利文献

韩国专利申请特许公开第2014-0049804号

发明内容

技术问题

本公开内容涉及提供用于制造有机太阳能电池的方法，所述有机太阳能电池具有电子供体与电子受体之间的高效相分离。

本公开内容还涉及提供使用该制造方法获得的具有改善的能量转换效率的有机太阳能电池。

技术方案

本说明书的一个实施方案提供了用于制造有机太阳能电池的方法，其包括：准备基底；在基底上形成第一电极；通过在第一电极上涂覆包含光活性材料和溶剂的溶液来形成光活性层；将光活性层在具有恒定体积的封闭式干燥系统中干燥；以及在光活性层上形成第二电极。

本说明书的另一个实施方案提供了使用所述用于制造有机太阳能电池的方法制造的有机太阳能电池。

有益效果

依据根据本说明书的一个实施方案的用于制造有机太阳能电池的方法，通过优化光活性层干燥可以诱导电子供体与电子受体之间适当的相分离。

此外，使用根据本说明书的一个实施方案的用于制造有机太阳能电池的方法制造的有机太阳能电池在获得优异的能量转换效率方面是有效的。

附图说明

图1是根据本公开内容的一个实施方案的有机太阳能电池器件的图。

图2是示出根据实施例1和比较例2的有机太阳能电池的光吸收率的图。

图3是根据实施例1的有机太阳能电池的光活性层的AFM图像。

图4是根据比较例2的有机太阳能电池的光活性层的AFM图像。

具体实施方式

在本说明书中，一个构件放置在另一构件“上”的描述不仅包括一个构件邻接另一构件的情况，而且包括在这两个构件之间还存在另外的构件的情况。

在本说明书中，除非特别说明相反，否则某一部件“包括”某些组件的描述意指能够进一步包括其他组件，并且不排除其他组件。

下文中，将对本说明书进行更详细的描述。

本说明书提供了用于制造有机太阳能电池的方法，其包括：准备基底；在基底上形成第一电极；通过在第一电极上涂覆包含光活性材料和溶剂的溶液来形成光活性层；将光活性层在具有恒定体积的封闭式干燥系统中干燥；以及在光活性层上形成第二电极。

本公开内容的发明人引入了具有恒定体积的封闭式干燥系统以调节有机太阳能电池的光活性层的形态，并且开发了通过调节干燥系统中的气体环境、气体组成和干燥系统的体积来制造能够增加光吸收效率的有机太阳能电池的方法。

在本说明书的封闭式干燥系统中，“系统”意指容纳其中形成有光活性层(待干燥对象)的层合体的空间，并且形状不受限制，只要其能够具有恒定体积即可。

根据本说明书的一个实施方案，光活性层的干燥可以在封闭式系统中进行。“封闭式系统”意指在系统外部与系统内部之间没有空气循环的系统。

在向有机太阳能电池中的光活性层提供光时，产生激子，并且这些激子通过扩散迁移到电子供体和电子受体的接合处。迁移到电子供体和电子受体的界面的这些激子各自分离成电子和空穴，并且当电荷传输到电极时产生电力。

根据本说明书的一个实施方案，光活性层的电子供体和电子受体形成本体异质结(bulk heterojunction，BHJ)。

在本体异质结器件中，当电子供体和电子受体完全随机混合时，激子分离成电荷是非常有效的，然而，存在的问题是这些分离的电荷在迁移到每个电极时可能会复合。换言之，为了在消除激子的瓶颈现象的同时使分离的电荷复合的可能性最小化，需要在增加本体异质结结构中电子供体和电子受体相互作用的表面积的同时通过适当的相分离来使电子和空穴的各自的传输顺利。

通过控制光活性层的形态来调节适当的相分离。

为了控制光活性层的形态，在本领域中在干燥之后进行热处理过程。然而，由于在这种情况下热处理在高温下进行，因此存在损坏基底本身或损坏光活性层的问题，并且由于进行附加过程而存在增加成本的问题。

依据根据本说明书的一个实施方案的干燥光活性层的方法，存在的优点是可以在无附加过程的情况下仅通过干燥过程来控制光活性层的形态，并且光活性层的损坏很小。

此外，根据利用其中在干燥系统的外部和内部之间存在空气循环的干燥系统的现有的光活性层干燥方法，在干燥光活性层的同时干燥系统外部的空气流入干燥系统中。在此，由于形成光活性层的薄膜的组成和新引入的空气的组成完全不同，因此形成光活性层的电子供体和电子受体无法有利地混合，这导致两种聚合物过度相分离的问题。

此外，在现有的利用热空气的干燥过程中，存在的问题是，由于在气体注入期间气体的空气体积，光活性层由于光活性层从表面干燥而被不均匀干燥。

根据本说明书的一个实施方案，可以通过在具有恒定体积的封闭式系统中进行光活性层的干燥来有效地控制光活性层的形态和界面。

封闭式干燥系统意指在干燥系统内部和外部之间没有空气循环的状态，并且当在封闭式干燥系统中进行光活性层的干燥过程时，蒸发的溶剂保留在干燥系统内部而不会从干燥系统移出。换言之，由于在干燥光活性层时蒸发的溶剂保留在干燥系统内部，因此干燥系统内部的空气组成和光活性层的组成具有类似的形式。因此，干燥系统内部的空气和光活性层有利地混合，结果，形成光活性层的电子供体和电子受体有利地混合，防止了过度发生相分离的问题。

此外，使用利用其中在干燥系统外部和内部之间存在空气循环的干燥系统的现有的光活性层干燥方法，在干燥期间溶液不会保留在光活性层表面上，而是通过循环的空气蒸发至干燥系统。在这种情况下，光活性层上的溶液快速蒸发，而光活性层表面内部的溶液缓慢蒸发，导致光活性层内部和外部之间的干燥速率差异，并且光活性层的电子供体与电子受体之间的相分离无法适当地发生。

根据本说明书的一个实施方案，在其中在干燥系统内部和外部之间不存在空气循环的干燥系统中对光活性层进行干燥。这防止光活性层表面上的溶液快速蒸发，减小光活性层内部和外部之间干燥速率的差异，并且光活性层的电子供体与电子受体之间的相分离适当地发生。

根据本说明书的一个实施方案，可以在具有恒定体积的干燥系统中对光活性层进行干燥。恒定体积意指在干燥进行时没有由溶剂蒸发引起的干燥系统内部的体积变化。

根据本说明书的一个实施方案，可以通过调节为形成光活性层而涂覆的溶液的体积与干燥系统的体积之比来适当地控制电子供体与电子受体之间的相分离。

根据本说明书的一个实施方案，涂覆在第一电极上的溶液的体积与干燥系统的体积之比可以为1:1,000至1:5,000，优选1:2,000至1:4,000，更优选1:2,500至1:3,600。当作为涂覆溶液的体积与干燥系统的体积之比的干燥系统比大于1:5,000时，干燥系统的体积过大，在干燥系统内部的空气中包含的蒸发的溶剂不太多，并且由于干燥系统内部的空气与涂覆溶液的组成变得不同，因此可能发生过度相分离的问题。另一方面，当作为涂覆溶液的体积与干燥系统的体积之比的干燥系统比小于1:1,000时，存在的问题是，无法有利地发生相分离，并且与干燥时间相比干燥可能不是高效的。

根据本说明书的一个实施方案，涂覆在第一电极上的溶液的体积可以大于或等于50μl且小于或等于300μl。溶液的优选体积可以大于或等于100μl且小于或等于250μl，更优选大于或等于150μl且小于或等于200μl。

根据本说明书的一个实施方案，基于基底的面积，涂覆在第一电极上的溶液的体积可以大于或等于0.1μl/cm²且小于或等于10μl/cm²，优选大于或等于0.2μl/cm²且小于或等于8μl/cm²，更优选大于或等于0.4μl/cm²且小于或等于3μl/cm²。当涂覆在第一电极上的溶液的体积基于基底的面积小于0.4μl/cm²时，溶液可能无法均匀涂覆，而当涂覆在第一电极上的溶液的体积基于基底的面积大于3μl/cm²时，存在的问题是，无法有利地发生相分离，并且与干燥时间相比干燥可能不是高效的。换言之，满足上述数值范围的体积在适当地诱导光活性层的电子供体与电子受体之间的相分离和有效地进行干燥过程方面是有效的。

根据本说明书的一个实施方案，干燥系统的体积没有特别限制，只要其满足涂覆在第一电极上的溶液的体积与干燥系统的体积之比即可，并且可以根据环境或待干燥对象的大小而变化，但可以为例如，大于或等于200cm³且小于或等于1,000cm³。

根据本公开内容的一个实施方案，光活性层的干燥的操作温度可以高于或等于30℃且低于或等于150℃，优选高于或等于30℃且低于或等于90℃，更优选高于或等于30℃且低于或等于60℃。当操作温度低于30℃时，电子供体与电子受体之间的相分离可能无法有利地发生，而当操作温度高于150℃时，光活性层或基底可能损坏。

根据本说明书的一个实施方案，干燥过程的操作时间可以为5分钟至30分钟。当操作时间短于5分钟时，电子供体与电子受体之间的相分离可能无法有利地发生，而长于30分钟的操作时间可能导致过多的相分离或光活性层的损坏。

根据本说明书的一个实施方案，干燥系统可以包含惰性气体。当干燥系统包含惰性气体时，可以防止光活性材料被水分和氧气氧化或降解。

根据本说明书的一个实施方案，包含在干燥系统中的惰性气体可以是氩气(Ar)、氮气(N₂)等。

根据本说明书的一个实施方案，基于包含在干燥系统中的全部气体的总重量，干燥系统中惰性气体的浓度可以大于或等于99质量％且小于或等于100质量％。

根据本说明书的一个实施方案，干燥系统中的相对湿度可以为在60℃下30％或更小。当湿度为在60℃下大于30％时，存在的缺点是溶剂无法充分蒸发，并且形成光活性层的有机材料可能由于水分而降解。

根据本说明书的一个实施方案，干燥系统中的干燥使用蒸发溶剂的方法进行，并且方法没有限制，只要其是干燥系统内部的气体和干燥系统外部的气体不相互循环的方法即可。例如，可以包括通过使用烘箱加热基底上的光活性层来蒸发溶剂的方法、或者通过红外线的光学方法。

根据本说明书的一个实施方案，涂覆溶液的方法可以是选自浸涂、丝网印刷、喷涂、狭缝模、棒涂机、刮刀、刷涂和沉积中的任一者。作为涂覆方法，优选狭缝模、棒涂机和刮刀的方法，因为可以重复地制造大面积的有机太阳能电池。

根据本说明书的一个实施方案，光活性材料可以以整个溶液的大于或等于0.5重量％且小于或等于10重量％包含在内。

根据本说明书的一个实施方案，溶剂可以为选自氯仿、氯苯、邻二氯苯、二甲苯、甲苯、环己烷和2-甲基苯甲醚中的一者，或者其两者或更多者的混合溶剂。

根据本说明书的一个实施方案，溶液还可以包含选自1,8-二碘辛烷(DIO)、辛二硫醇、二苯醚、三氯苯和1-氯萘中的一种、两种或更多种类型的添加剂。

在本说明书的一个实施方案中，光活性层还包含添加剂。

在本说明书的一个实施方案中，添加剂的分子量可以大于或等于50g/mol且小于或等于1,000g/mol。

添加剂可以是沸点为30℃至300℃的有机材料。有机材料意指包含至少一个碳原子的材料。

为了在有机太阳能电池中顺利地分离激子并有效地传输分离的电荷，需要在最大程度地增加电子供体与电子受体之间的界面的同时通过适当的相分离确保电子供体和电子受体的连续路径来诱导形态增强。

根据本说明书的一个实施方案，通过向活性层引入添加剂，可以诱导聚合物和富勒烯衍生物对添加剂的选择性溶解度以及溶剂与添加剂之间的沸点差异所诱导的有效相分离。此外，可以通过交联电子受体材料或电子供体材料来固定形态以防止相分离，并且还可以通过改变电子供体材料的分子结构来控制形态。

在本说明书的一个实施方案中，基底可以是透明基底，尽管透明基底没有特别限制，但优选透光率为50％或更高并且优选75％或更高的那些。具体地，可以使用玻璃、塑料基底或塑料膜作为透明基底。作为塑料基底或膜，可以使用本领域已知的材料，例如，可以使用由选自聚丙烯酸类、聚氨酯类、聚酯类、聚环氧化合物类、聚烯烃类、聚碳酸酯类和纤维素类中的一种或更多种类型的树脂形成的那些。更具体地，优选具有80％或更高的可见光透射率的膜，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)和乙酰基纤维素。

在本说明书的一个实施方案中，当有机太阳能电池接收来自外部光源的光子时，在电子供体与电子受体之间产生电子和空穴。所产生的空穴通过电子供体层传输至正电极。

在本说明书的一个实施方案中，有机太阳能电池还包括空穴传输层、空穴注入层、或者同时进行空穴传输和空穴注入的层。

在另一个实施方案中，有机太阳能电池还包括电子注入层、电子传输层、或者同时进行电子注入和电子传输的层。

图1是示出根据本说明书的一个实施方案的有机太阳能电池的图。

在本说明书的一个实施方案中，第一电极为阳极，并且第二电极为阴极。在另一个实施方案中，第一电极为阴极，并且第二电极为阳极。

在本说明书的一个实施方案中，有机太阳能电池可以按阴极、光活性层和阳极的顺序布置，或者按阳极、光活性层和阴极的顺序布置，然而，布置不限于此。

在另一个实施方案中，有机太阳能电池可以按阳极、空穴传输层、光活性层、电子传输层和阴极的顺序布置，或者按阴极、电子传输层、光活性层、空穴传输层和阳极的顺序布置，然而，布置不限于此。

在本说明书的一个实施方案中，有机太阳能电池具有正常结构。正常结构可以意指在基底上形成阳极。具体地，根据本说明书的一个实施方案，当有机太阳能电池具有正常结构时，形成在基底上的第一电极可以为阳极。

在本说明书的一个实施方案中，有机太阳能电池具有倒置结构。倒置结构可以意指在基底上形成阴极。具体地，根据本说明书的一个实施方案，当有机太阳能电池具有倒置结构时，形成在基底上的第一电极可以为阴极。

在本说明书的一个实施方案中，有机太阳能电池具有串联结构。在这种情况下，有机太阳能电池可以包括呈两个或更多个层的光活性层。根据本说明书的一个实施方案的有机太阳能电池可以具有呈一个或两个或更多个层的光活性层。

在另一个实施方案中，可以在光活性层与空穴传输层之间或者在光活性层与电子传输层之间设置缓冲层。在此，还可以在阳极与空穴传输层之间设置空穴注入层。此外，还可以在阴极与电子传输层之间设置电子注入层。

在本说明书的一个实施方案中，光活性层包含选自电子供体和电子受体中的一种、两种或更多种材料。

在本说明书的一个实施方案中，电子供体材料可以为各种聚合物材料和单体材料，例如噻吩类、芴类或咔唑类。

在本说明书的一个实施方案中，电子受体材料可以选自富勒烯、富勒烯衍生物、非富勒烯衍生物、浴铜灵、半导体元素、半导体化合物及其组合。

具体地，可以包括选自富勒烯、富勒烯衍生物((6,6)-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)、(6,6)-苯基-C61-丁酸-胆甾醇酯(PCBC))、苝、聚苯并咪唑(PBI)、3,4,9,10-苝-四羧酸双-苯并咪唑(PTCBI)、ITIC和ITIC-Th中的一种、两种或更多种化合物。

在本说明书的一个实施方案中，电子供体和电子受体形成本体异质结(BHJ)。

本体异质结意指在光活性层中电子供体材料和电子受体材料相互混合。

在本说明书的一个实施方案中，光活性层可以具有包括n型有机材料层和p型有机材料层的双层结构。

本说明书中的基底可以包括具有优异的透明度、表面平滑度、易操作性和抗水性的玻璃基底或透明塑料基底，但不限于此，并且可以使用通常用于有机太阳能电池的基底而没有限制。其具体实例包括玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)、三乙酰基纤维素(TAC)等，但不限于此。

阳极电极可以包括透明且具有优异导电性的材料，然而，材料不限于此。其实例可以包括：金属，例如钒、铬、铜、锌或金，或其合金；金属氧化物，例如锌氧化物、铟氧化物、铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)；金属和氧化物的组合，例如ZnO:Al或SnO₂:Sb；导电聚合物，例如聚(3-甲基噻吩)、聚[3,4-(亚乙基-1,2-二氧基)噻吩](PEDOT)、聚吡咯和聚苯胺；等等，但不限于此。

形成阳极电极的方法没有特别限制，然而，阳极电极可以通过使用诸如以下的方法涂覆在基底的一个表面上或者以膜的形式涂覆来形成：溅射、电子束、热沉积、旋涂、丝网印刷、喷墨印刷、刮刀或凹版印刷。

当在基底上形成阳极电极时，可以使所得物经历清洗、除去水分和改性为亲水的过程。

例如，在将图案化的ITO基底以连续顺序用清洗剂、丙酮和异丙醇(IPA)清洗之后，将ITO基底在热板上于100℃至150℃下干燥1分钟至30分钟，优选于120℃下干燥10分钟以除去水分，并且当基底被彻底清洗时，将基底的表面改性为亲水的。

通过如以上的表面改性，接合表面电势可以保持在适于光活性层的表面电势的水平。此外，当对表面进行改性时，可以在阳极电极上容易地形成聚合物薄膜，并且还可以改善薄膜的品质。

阳极电极的预处理技术包括：a)使用平行板放电的表面氧化法，b)经由在真空状态下使用UV射线生成的臭氧使表面氧化的方法，以及c)使用通过等离子体生成的氧自由基进行的氧化方法。

可以根据阳极电极或基底的状况来选择上述方法之一。然而，不管使用哪种方法，通常优选的是防止氧从第一电极或基底的表面离开并且尽可能地抑制水分和有机材料残留。在这种情况下，预处理的实际效果可以最大化。

作为具体实例，可以使用通过利用UV生成的臭氧使表面氧化的方法。在此，在进行超声清洗之后，可以通过在热板上烘烤图案化的ITO基底使图案化的ITO基底完全干燥，将图案化的ITO基底引入室内，然后可以通过经由使用UV灯使氧气与UV光反应而生成的臭氧来进行清洗。

然而，本说明书中图案化的ITO基底的表面改性方法没有特别限制，并且可以使用任何使基底氧化的方法。

阴极电极可以包括具有小的功函数的金属，但不限于此。其具体实例可以包括：金属，例如镁、钙、钠、钾、钛、铟、钇、锂、钆、铝、银、锡和铅，或其合金；或者多层结构材料，例如LiF/Al、LiO₂/Al、LiF/Fe、Al:Li、Al:BaF₂和Al:BaF₂:Ba，但不限于此。

阴极电极可以通过在真空度为5×10^-7托或更低的热沉积器内进行沉积来形成，然而，形成不限于该方法。

空穴传输层和/或电子传输层起到将在光活性层中分离的电子和空穴有效地传输至电极的作用，并且材料没有特别限制。

空穴传输层材料可以包括聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸酯)(PEDOT:PSS)；钼氧化物(MoO_x)；钒氧化物(V₂O₅)；镍氧化物(NiO)；钨氧化物(WOx)等，但不限于此。

电子传输层材料可以包括提取电子的金属氧化物，并且可以具体地包括：8-羟基喹啉的金属配合物；包含Alq₃的配合物；包含Liq的金属配合物；LiF；Ca；钛氧化物(TiO_x)；锌氧化物(ZnO)；碳酸铯(Cs₂CO₃)、聚乙烯亚胺(PEI)等，但不限于此。

本说明书提供了使用上述用于制造有机太阳能电池的方法制造的有机太阳能电池。

根据本说明书的一个实施方案制造的有机太阳能电池可以具有6％或更高的能量转换效率。以下将描述测量能量转换效率的方法。

有机太阳能电池的能量转换效率是通过将开路电压(V_oc)、短路电流(J_sc)和填充因子(FF)的乘积除以光的强度而获得的值，并且可以如下通过数学式1计算。

[数学式1]

η＝FF*[J_sc*V_oc/(照射光的强度)]

(在上文中，FF是填充因子，J_sc是光短路电流密度，V_oc是光开路电压)

发明实施方式

下文中，将参照实施例详细地描述本说明书以具体描述本说明书。然而，根据本说明书的实施例可以被修改成各种不同的形式，并且本说明书的范围不应解释为受限于以下描述的实施例。本说明书的实施例是为了向本领域普通技术人员更全面地描述本说明书而提供。

<实验例>

<实施例1>

<复合溶液的制备>

通过将由化合物1表示的化合物和(6,6)-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)以1:2的质量比溶解在氯苯(CB)中来制备复合溶液。在此，将该化合物和PCBM相对于复合溶液的浓度调节至3重量％。

<基底的准备>

为了制造具有ITO/ZnO/光活性层/MoO₃/Ag结构的有机太阳能电池，使用蒸馏水、丙酮和2-丙醇对其上以条带型涂覆有ITO的玻璃基底(117cm²)进行超声波清洗，并对ITO表面进行臭氧处理10分钟。

<第一电极的形成>

在基底上，将ZnO棒涂至45nm的厚度，并将所得物在100℃下热处理10分钟。

<光活性层的形成>

在第一电极上，使用棒涂来涂覆170μl复合溶液。

<干燥>

将涂覆有复合溶液的层合体引入体积为600cm³的封闭式干燥系统中，并在60℃下干燥15分钟。

<第二电极的形成>

此后，使用热蒸发器在3×10^-8托的真空下，使MoO₃以/秒的速率沉积至10nm，并且使Ag以/秒的速率沉积至100nm的厚度，以制造最终的有机太阳能电池。

[化合物1]

化合物1的R1和R2彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；氟；经取代或未经取代的烷基；经取代或未经取代的芳基；或者经取代或未经取代的杂环基。

化合物1可以为以下化合物1-2。

[化合物1-2]

[比较例1]

以与实施例1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于干燥系统的体积为1300cm³。

[比较例2]

以与实施例1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于干燥系统的体积为150cm³。

[比较例3]

以与实施例1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于，干燥系统不是封闭式干燥系统，并且干燥在到处开放的环境中进行。

将根据实施例1和比较例1至3的有机太阳能电池的特性各自测量三次，计算平均值并总结在下表1中。

[表1]

	Voc(V)	Jsc(mA/cm<sup>2</sup>)	FF	η(％)
					实施例1	3.729	2.792	0.613	6.383
比较例1	3.397	1.439	0.464	2.29
					比较例2	2.806	0.157	0.329	0.143
比较例3	3.573	1.403	0.481	2.41

在本说明书中，V_oc意指开路电压，J_sc意指短路电流，FF意指填充因子，η意指能量转换效率。

开路电压是在没有外部电负载的情况下照射光时产生的电压，即，当电流为0时的电压，并且短路电流被定义为当在短路电接触的情况下照射光时产生的电流，即没有施加电压时由光引起的电流。

此外，填充因子由通过将施加电流和电压时由此改变的电流和电压的乘积除以开路电压和短路电流的乘积而获得的值来定义。当这样的填充因子更接近1时，太阳能电池的效率增加，并且随着填充因子减小，电阻被评估为增加。

参照[表1]，比较以上制造的本公开内容的有机太阳能电池的器件特性。在使用不限制干燥系统的体积(开放式系统)的干燥方法制造的有机太阳能电池中，能量转换效率仅为2.41％(比较例3)，然而，当在干燥系统内部和外部没有空气循环的封闭式干燥系统(封闭式系统)中干燥光活性层时，确定有机太阳能电池效率为6.383％，其增加了约160％。

在将实施例1和比较例2相互比较时，与150cm³相比，当干燥系统具有600cm³的体积时，在干燥过程期间电子供体与电子受体之间的相分离适当地发生，并且可以看出有机太阳能电池具有优异的效率。通过比较图3(根据实施例1的有机太阳能电池的光活性层的AFM图像)和图4(根据比较例2的有机太阳能电池的光活性层的AFM图像)可以看出这一点。确定与图4相比，在图3中电子供体与电子受体之间的相分离有利地发生。

参照图2，检验了根据干燥系统体积的有机太阳能电池的特性变化。图2中所示的曲线是示出根据用于干燥光活性层的干燥系统的体积变化的关于波长区域的光吸收率变化的图。当参考曲线和附图时，可以看出当干燥系统相对于用于形成光活性层的溶液的体积比为约1:3500时，光吸收率最高，并且可以看出当体积比小于1:1,000时，光吸收率降低。

通过这样的实验结果，确定在干燥光活性层时，与在不具有恒定体积的开放式干燥系统中干燥(比较例3)相比，当在具有恒定体积的封闭式干燥系统中干燥(实施例1)时，制备出具有优异能量转换效率的有机太阳能电池。

此外，确定在将干燥系统的体积调节到特定范围时，制造的有机太阳能电池具有优异的能量转换效率，而当干燥系统的体积太小(比较例2)或太大(比较例1)时，制造的有机太阳能电池的能量转换效率降低。

[附图标记]

101：基底

102：第一电极

103：电子传输层

104：光活性层

105：空穴传输层

106：第二电极

Claims

1.一种用于制造有机太阳能电池的方法，包括：

准备基底；

在所述基底上形成第一电极；

通过在所述第一电极上涂覆包含光活性材料和溶剂的溶液来形成光活性层；

将所述光活性层在具有恒定体积的封闭式干燥系统中干燥；以及

在所述光活性层上形成第二电极。

2.根据权利要求1所述的用于制造有机太阳能电池的方法，其中涂覆在所述第一电极上的所述溶液的体积与所述干燥系统的体积之比为1:1,000至1:5,000。

3.根据权利要求1所述的用于制造有机太阳能电池的方法，其中基于所述基底的面积，涂覆在所述第一电极上的所述溶液的体积大于或等于0.1μl/cm²且小于或等于10μl/cm²。

4.根据权利要求1所述的用于制造有机太阳能电池的方法，其中所述光活性层的干燥的操作温度高于或等于30℃且低于或等于150℃。

5.根据权利要求1所述的用于制造有机太阳能电池的方法，其中所述光活性层的干燥的操作时间为5分钟至30分钟。

6.根据权利要求1所述的用于制造有机太阳能电池的方法，其中所述干燥系统包含惰性气体。

7.根据权利要求6所述的用于制造有机太阳能电池的方法，其中所述惰性气体为氩气(Ar)或氮气(N₂)。

8.根据权利要求1所述的用于制造有机太阳能电池的方法，其中所述干燥系统中的相对湿度为在60℃下30％或更小。

9.根据权利要求1所述的用于制造有机太阳能电池的方法，其中涂覆方法为选自浸涂、丝网印刷、喷涂、狭缝模、棒涂机、刮刀和刷涂中的任一者。

10.根据权利要求1所述的用于制造有机太阳能电池的方法，其中所述光活性材料以整个溶液的大于或等于0.5重量％且小于或等于10重量％包含在内。

11.根据权利要求1所述的用于制造有机太阳能电池的方法，其中所述溶剂为选自氯仿、氯苯、邻二氯苯、二甲苯、甲苯、环己烷和2-甲基苯甲醚中的一者，或者其两者或更多者的混合溶剂。

12.根据权利要求1所述的用于制造有机太阳能电池的方法，其中所述溶液包含选自1,8-二碘辛烷(DIO)、辛二硫醇、二苯醚、三氯苯和1-氯萘中的一种、两种或更多种类型的添加剂。

13.一种有机太阳能电池，使用根据权利要求1至12中任一项所述的用于制造有机太阳能电池的方法制造。

14.根据权利要求13所述的有机太阳能电池，其能量转换效率为6％或更高。