CN110504361B - 一种有机聚合物太阳电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机聚合物太阳电池，包含金属氧化物阳极界面层和活性层，其中金属氧化物阳极界面层是通过低温热处理工艺制备而成，包括如下步骤：将金属氯化物与溶剂混合配制成金属氯化物溶液，将金属氯化物溶液涂覆在附有阳极的衬底上形成金属氯化物薄膜，然后对金属氯化物薄膜进行紫外辐射处理和低温热处理后即得所述的金属氧化物阳极界面层。本发明优点在于：原料简单易得、低成本、操作简便和不需要高温热处理等特点；采用该工艺所制备的有机聚合物太阳电池的器件效率，相比于相同条件下通过高温热处理的金属氧化物阳极界面层工艺下制备而成的太阳电池的的器件效率性能相当，或者更有优势，非常适用于柔性器件和大规模工业化生产。

Description

一种有机聚合物太阳电池
技术领域
本发明涉及一种有机聚合物太阳电池，具体而言，涉及到一种包含金属氧化物阳极界面层和活性层的、应用于光电领域的有机聚合物太阳电池。
背景技术
在各类太阳电池中，有机聚合物太阳电池表现出优异的特征：可以采用溶液或印刷加工的方法制备，加工工艺相对简单和生产成本更低；具有轻薄、柔性与半透明等特点，有潜力实现更加灵活宽广的应用(F.Zhang,O.
Figure BDA0002081183150000011
Y.Zhou,K.Vandewal,Natl.Sci.Rev.2016,3,222.)。有机聚合物太阳电池具有“三明治”型的器件结构，一般包括：阳极、阳极界面层、光活性层、阴极界面层和阴极，其中阳极界面层的主要作用是促进阳极有效地收集活性层的空穴，阴极界面层的主要作用是促进阴极有效地收集活性层的电子(H.Kang,G.Kim,J.Kim,S.Kwon,H.Kim,K.Lee,Adv.Mater.2016,28,7821.)。金属氧化物阳极界面层如氧化钼、氧化钨等，具有较高的功函数、较好的透光性和稳定性，被广泛应用于有机聚合物太阳电池。目前，金属氧化物阳极界面层的制备方法主要包括干法(溅射法、蒸镀法)和湿法(纳米颗粒法、溶胶凝胶法)，其局限性在于：干法(溅射法、蒸镀法)需要真空设备，不适合印刷技术；而湿法(纳米颗粒法、溶胶凝胶法)可应用于印刷技术，但往往需要180℃及以上的高温热处理，即在180℃以上的温度下，将阳极界面层持续加热的工艺，从而使金属氯化物变为金属氧化物。此工艺能耗成本较高，且较为危险，不适合大规模生产柔性器件的工艺(X.Yu,T.J.Marks,A.Facchetti,Nat.Mater.2016,15,383；Z.Yin,J.Wei,Q.Zheng,Adv.Sci.2016,1500362.)。因此，提供一种不需要高温热处理的湿法技术制备金属氧化物阳极界面层具有重要意义。
发明内容
本发明旨在针对有机聚合物太阳电池领域湿法技术制备金属氧化物阳极界面层技术存在的缺点，提供一种通过低温热处理工艺加工而成的、包含金属氧化物阳极界面层和活性层的、应用于光电领域的有机聚合物太阳电池。该太阳电池具有较好的光电转换效率。
本发明所述的高温是指温度在180-200℃。
本发明所提供的有机聚合物太阳电池，包含金属氧化物阳极界面层和活性层，其中，所述金属氧化物阳极界面层是通过低温热处理工艺制备而成，其制备步骤如下：将金属氯化物与溶剂混合配制成金属氯化物溶液，将金属氯化物溶液涂覆在附有阳极的衬底上形成金属氯化物薄膜，对金属氯化物薄膜进行紫外辐射处理，然后在80-100℃的温度下将金属氯化物薄膜间歇性加热，每次加热时间相同，加热次数为2-5次，相邻两次加热时间间隔在5-10min。
进一步的，所述金属氯化物选自于三氯化钼、五氯化钼、六氯化钨、二氯化钒、三氯化钒、四氯化钒、三氯化铌、四氯化铌或五氯化铌的一种或多种。
进一步的，所述溶剂可选自于：去离子水、甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、甲氧基乙二醇、N,N-二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯、三氯苯、苯甲醚、甲基苯甲醚、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、乙腈和γ-丁内酯的一种或几种或多种。
进一步的，所述紫外辐射紫外线波长范围为254-365nm，所述紫外辐射处理时间为5-30min。
进一步的，所述活性层结构为电子给体材料与电子受体材料物理共混而成，电子给体材料可选择对象为共轭小分子或有机共轭聚合物。
进一步的，所述有机共轭聚合物结构选自于以下结构的一种：
Figure BDA0002081183150000031
进一步的，所述电子受体材料结构选自于以下结构的一种：
Figure BDA0002081183150000032
根据上述低温热处理制备方法中制备而成的金属氧化物阳极界面层可应用于有机聚合物太阳电池。所述的有机聚合物太阳电池的制备方法，包括如下步骤：在附有阳极的衬底上采用上述方法制备金属氧化物阳极界面层，然后在金属氧化物阳极界面层上面依次涂覆光活性层、阴极界面层和阴极，即得到有机聚合物太阳电池。
所述的衬底材料优选为下述材料：玻璃、聚酯薄膜。
所述的阳极材料优选为下述材料：ITO或FTO。
所述的阴极材料优选为下述材料：铝、银、铜、金、石墨烯或PEDOT:PSS。
所述的光活性层为电子给体材料和电子受体材料组成的复合膜，其中电子给体材料可以但不限于下述材料：共轭小分子、有机共轭聚合物。
所述电子受体材料优选为下述材料：富勒烯及其衍生物、非富勒烯小分子或聚合物。
所述的阴极界面层优选为下述材料：钙、镁、钡、氧化锌、氧化钛、氧化锡、氟化铯、碳酸铯、氟化锂、碳酸锂、水/醇溶性有机小分子或水/醇溶性有机聚合物。
本发明的优点在于：该有机聚合物太阳电池包含一种通过低温热处理工艺制备而成的金属氧化物阳极界面层，以及活性层。其有机聚合物太阳电池制备工艺，采用紫外辐射处理和低温热处理金属氯化物薄膜，即得金属氧化物阳极界面层，所用的热处理温度不超过100℃，避免了现有技术需要在高温热处理条件下制备，具有安全、原料简单易得、低成本、操作简便和不需要高温热处理等特点，适用于柔性器件和大规模工业化生产。使用本发明公布的制备方法所获得的金属氧化物阳极界面层应用于有机聚合物太阳电池时，可以有效提高器件的光伏性能：在相同条件下，此种有机聚合物太阳电池具有比包含通过高温热处理制备而成的金属氧化物阳极界面层的有机聚合物太阳电池相当或更高的光电效率。
附图说明
图1为本发明实施例1-8和对比实施例1-8制备的有机聚合物太阳电池的器件结构示意图。
图2为本发明对比实施例1’、2’、对比实施例1-8和实施例1-8中采用的电子给体材料的分子结构式。
图3为本发明对比实施例1’、2’、对比实施例1-8和实施例1-8中采用的电子受体材料的分子结构式。
图4为本发明对比实施例1’的基于无阳极界面层与PBDB-T:ITIC活性层的有机聚合物太阳电池的电流-电压曲线、对比实施例1-4的基于高温热处理的金属氧化物阳极界面层与PBDB-T:ITIC活性层的有机聚合物太阳电池的电流-电压曲线。
图5为本发明实施例1-4制备的基于低温热处理的热处理的金属氧化物阳极界面层与PBDB-T:ITIC活性层的有机聚合物太阳电池的电流-电压曲线。
图6为本发明对比实施例2’的基于无阳极界面层与PTB7-Th:PC71BM活性层的有机聚合物太阳电池的电流-电压曲线、对比实施例5-8的基于高温热处理的金属氧化物阳极界面层与PTB7-Th:PC71BM活性层的有机聚合物太阳电池的电流-电压曲线。
图7为本发明实施例5-8制备的基于低温热处理的热处理的金属氧化物阳极界面层与PTB7-Th:PC71BM活性层的有机聚合物太阳电池的电流-电压曲线。
具体实施方式
以下结合具体实施例和对比实施例来对本发明中有机聚合物太阳电池中结构和性能作进一步的说明。但本发明所要求的保护范围并不局限于实施例所涉及的范围。
下述实施例和对比实施例中使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例和对比实施例中使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到；下述实施例和对比实施例中使用的电子给体材料PBDB-T、PBDB-Th，电子受体材料ITIC、PC71BM的分子结构式分别如图2和3所示。
对比实施例1’、基于无阳极界面层与PBDB-T:ITIC活性层的有机聚合物太阳电池的制备
在填充N2的手套箱中，在5mg PBDB-T和5mg ITIC中加入0.5mL的氯苯和2.5μL的DIO，45℃搅拌2h，得到活性层溶液。然后将该活性层溶液旋涂到附有ITO的衬底上(2200rpm/60s)，130℃退火10min，然后旋涂0.5mg/ml的PFN-Br甲醇溶液(2500rpm/30s)。最后在10-4Pa压力下蒸镀100nm铝电极，得到有机聚合物太阳电池。
在填充N2的手套箱中使用太阳光模拟器AM1.5G在100mW/cm2光照强度下测试制备的有机聚合物太阳电池的电流-电压曲线。
对比实施例1、基于高温热处理的氧化钼阳极界面层与PBDB-T:ITIC活性层的有机聚合物太阳电池的制备
在2mg五氯化钼中加入1mL的无水超干乙醇溶剂，常温搅拌过夜。然后将该溶液旋涂到附有ITO的衬底上(3500rpm/40s)得到五氯化钼薄膜，将覆盖有该五氯化钼薄膜的ITO衬底进行紫外辐射处理，其中紫外线波长为325nm，紫外辐射时间为5min，然后进行200℃、10min的高温热处理，得到大约10nm厚度的氧化钼薄膜，即阳极界面层。
在填充N2的手套箱中，在5mg PBDB-T和5mg ITIC中加入0.5mL的氯苯和2.5μL的DIO，45℃下搅拌2h，得到活性层溶液。然后将该活性层溶液旋涂到氧化钼阳极界面层上(2200rpm/60s)，130℃下退火10min，然后旋涂0.5mg/ml的PFN-Br甲醇溶液(2500rpm/30s)。最后在10-4Pa压力下蒸镀100nm铝电极，得到有机聚合物太阳电池。
在填充N2的手套箱中使用太阳光模拟器AM1.5G在100mW/cm2光照强度下测试制备的有机聚合物太阳电池的电流-电压曲线。
对比实施例2、基于高温热处理的氧化钨阳极界面层与PBDB-T:ITIC活性层的有机聚合物太阳电池的制备
在3mg六氯化钨中加入1mL的无水超干异丙醇溶液，常温搅拌过夜。然后将该溶液旋涂到附有ITO的衬底上(3000rpm/40s)得到六氯化钨薄膜，将覆盖有该六氯化钨薄膜的ITO衬底进行紫外辐射处理，其中紫外线波长为254nm，紫外辐射时间为10min，然后进行180℃、15min的高温热处理，得到大约10nm厚度的氧化钨薄膜，即阳极界面层。
在填充N2的手套箱中，在5mg PBDB-T和5mg ITIC中加入0.5mL的氯苯和2.5μL的DIO，45℃下搅拌2h，得到活性层溶液。然后将该活性层溶液旋涂到氧化钼阳极界面层上(2200rpm/60s)，130℃下退火10min，然后旋涂0.5mg/ml的PFN-Br甲醇溶液(2500rpm/30s)。最后在10-4Pa压力下蒸镀100nm铝电极，得到有机聚合物太阳电池。
在填充N2的手套箱中使用太阳光模拟器AM1.5G在100mW/cm2光照强度下测试制备的有机聚合物太阳电池的电流-电压曲线。
对比实施例3、基于高温热处理的氧化钒阳极界面层与PBDB-T:ITIC活性层的有机聚合物太阳电池的制备
在1mg三氯化钒中加入1mL的无水超干甲醇溶液，常温搅拌过夜。然后将该溶液旋涂到附有ITO的衬底上(2000rpm/40s)得到三氯化钒薄膜，将覆盖有该三氯化钒薄膜的ITO衬底进行紫外辐射处理，其中紫外线波长为365nm，紫外辐射时间为20min，，然后进行190℃、20min的高温热处理，得到大约10nm厚度的氧化钒薄膜，即阳极界面层。
在填充N2的手套箱中，在5mg PBDB-T和5mg ITIC中加入0.5mL的氯苯和2.5μL的DIO，45℃下搅拌2h，得到活性层溶液。然后将该活性层溶液旋涂到氧化钼阳极界面层上(2200rpm/60s)，130℃下退火10min，然后旋涂0.5mg/ml的PFN-Br甲醇溶液(2500rpm/30s)。最后在10-4Pa压力下蒸镀100nm铝电极，得到有机聚合物太阳电池。
在填充N2的手套箱中使用太阳光模拟器AM1.5G在100mW/cm2光照强度下测试制备的有机聚合物太阳电池的电流-电压曲线。
对比实施例4、基于高温热处理的氧化铌阳极界面层与PBDB-T:ITIC活性层的有机聚合物太阳电池的制备
在2mg五氯化铌中加入1mL的无水超干甲氧基乙二醇溶液，常温搅拌过夜。然后将该溶液旋涂到附有ITO的衬底上(3000rpm/40s)得到五氯化铌薄膜，将覆盖有该五氯化铌薄膜的ITO衬底进行紫外辐射处理，其中紫外线波长为365nm，紫外辐射时间为30min，然后进行200℃、15min的高温热处理，得到大约10nm厚度的氧化铌薄膜，即阳极界面层。
在填充N2的手套箱中，在5mg PBDB-T和5mg ITIC中加入0.5mL的氯苯和2.5μL的DIO，45℃搅拌2h，得到活性层溶液。然后将该活性层溶液旋涂到氧化钼阳极界面层上(2200rpm/60s)，130℃下退火10min，然后旋涂0.5mg/ml的PFN-Br甲醇溶液(2500rpm/30s)。最后在10-4Pa压力下蒸镀100nm铝电极，得到有机聚合物太阳电池。
在填充N2的手套箱中使用太阳光模拟器AM1.5G在100mW/cm2光照强度下测试制备的有机聚合物太阳电池的电流-电压曲线。
实施例1、基于低温热处理的氧化钨阳极界面层与PBDB-T:ITIC活性层的有机聚合物太阳电池的制备
在2mg五氯化钼中加入1mL的无水超干乙醇溶剂，常温搅拌过夜。然后将该溶液旋涂到附有ITO的衬底上(3500rpm/40s)得到五氯化钼薄膜，将覆盖有该五氯化钼薄膜的ITO衬底进行紫外辐射处理，其中紫外线波长为325nm，紫外辐射时间为5min，然后在80℃温度下将金属氯化物薄膜间歇性加热，每次加热时间相同，加热次数为2次，相邻两次加热时间间隔在5min，间歇性加热总时长与对比实施例1中高温热处理过程中加热总时长15min相等，得到大约10nm厚度的氧化钼薄膜，即阳极界面层。
在填充N2的手套箱中，在5mg PBDB-T和5mg ITIC中加入0.5mL的氯苯和2.5μL的DIO，45℃下搅拌2h，得到活性层溶液。然后将该活性层溶液旋涂到氧化钼阳极界面层上(2200rpm/60s)，130℃下退火10min，然后旋涂0.5mg/ml的PFN-Br甲醇溶液(2500rpm/30s)。最后在10-4Pa压力下蒸镀100nm铝电极，得到有机聚合物太阳电池。
在填充N2的手套箱中使用太阳光模拟器AM1.5G在100mW/cm2光照强度下测试制备的有机聚合物太阳电池的电流-电压曲线。
实施例2、基于低温热处理的氧化钨阳极界面层与PBDB-T:ITIC活性层的有机聚合物太阳电池的制备
在3mg六氯化钨中加入1mL的无水超干异丙醇溶液，常温搅拌过夜。然后将该溶液旋涂到附有ITO的衬底上(3000rpm/40s)得到六氯化钨薄膜，将覆盖有该六氯化钨薄膜的ITO衬底进行紫外辐射处理，其中紫外线波长为254nm，紫外辐射时间为10min，然后在100℃温度下将金属氯化物薄膜间歇性加热，每次加热时间相同，加热次数为3次，相邻两次加热时间间隔在5min，间歇性加热总时长与对比实施例2中高温热处理过程中加热总时长15min相等，得到大约10nm厚度的氧化钨薄膜，即阳极界面层。
在填充N2的手套箱中，在5mg PBDB-T和5mg ITIC中加入0.5mL的氯苯和2.5μL的DIO，45℃搅拌2h，得到活性层溶液。然后将该活性层溶液旋涂到氧化钼阳极界面层上(2200rpm/60s)，130℃下退火10min，然后旋涂0.5mg/ml的PFN-Br甲醇溶液(2500rpm/30s)。最后在10-4Pa压力下蒸镀100nm铝电极，得到有机聚合物太阳电池。
在填充N2的手套箱中使用太阳光模拟器AM1.5G在100mW/cm2光照强度下测试制备的有机聚合物太阳电池的电流-电压曲线。
实施例3、基于低温热处理的氧化钒阳极界面层与PBDB-T:ITIC活性层的有机聚合物太阳电池的制备
在1mg三氯化钒中加入1mL的无水超干甲醇溶液，常温搅拌过夜。然后将该溶液旋涂到附有ITO的衬底上(2000rpm/40s)得到三氯化钒薄膜，将覆盖有该三氯化钒薄膜的ITO衬底进行紫外辐射处理，其中紫外线波长为365nm，紫外辐射时间为20min，然后在90℃温度下将金属氯化物薄膜间歇性加热，每次加热时间相同，加热次数为4次，相邻两次加热时间间隔在8min，间歇性加热总时长与对比实施例3中高温热处理过程中加热总时长20min相等，得到大约10nm厚度的氧化钒薄膜，即阳极界面层。
在填充N2的手套箱中，在5mg PBDB-T和5mg ITIC中加入0.5mL的氯苯和2.5μL的DIO，45℃搅拌2h，得到活性层溶液。然后将该活性层溶液旋涂到氧化钼阳极界面层上(2200rpm/60s)，130℃下退火10min，然后旋涂0.5mg/ml的PFN-Br甲醇溶液(2500rpm/30s)。最后在10-4Pa压力下蒸镀100nm铝电极，得到有机聚合物太阳电池。
在填充N2的手套箱中使用太阳光模拟器AM1.5G在100mW/cm2光照强度下测试制备的有机聚合物太阳电池的电流-电压曲线。
实施例4、基于低温热处理的氧化铌阳极界面层与PBDB-T:ITIC活性层的有机聚合物太阳电池的制备
在2mg五氯化铌中加入1mL的无水超干甲氧基乙二醇溶液，常温搅拌过夜。然后将该溶液旋涂到附有ITO的衬底上(3000rpm/40s)得到五氯化铌薄膜，将覆盖有该五氯化铌薄膜的ITO衬底进行紫外辐射处理，其中紫外线波长为365nm，紫外辐射时间为30min，然后在100℃温度下将金属氯化物薄膜间歇性加热，每次加热时间相同，加热次数为5次，相邻两次加热时间间隔在10min，间歇性加热总时长与对比实施例4中高温热处理过程中加热总时长15min相等，得到大约10nm厚度的氧化铌薄膜，即阳极界面层。
在填充N2的手套箱中，在5mg PBDB-T和5mg ITIC中加入0.5mL的氯苯和2.5μL的DIO，45℃搅拌2h，得到活性层溶液。然后将该活性层溶液旋涂到氧化钼阳极界面层上(2200rpm/60s)，130℃下退火10min，然后旋涂0.5mg/ml的PFN-Br甲醇溶液(2500rpm/30s)。最后在10-4Pa压力下蒸镀100nm铝电极，得到有机聚合物太阳电池。
在填充N2的手套箱中使用太阳光模拟器AM1.5G在100mW/cm2光照强度下测试制备的有机聚合物太阳电池的电流-电压曲线。
对比实施例2’、基于无阳极界面层与PTB7-Th:PC71BM活性层的有机聚合物太阳电池的制备
在2mg PTB7-Th和3mg PC71BM中加入0.2mL的氯苯和4μL的DIO，50℃搅拌过夜。然后将该活性层溶液旋涂到经紫外臭氧的ITO玻璃上(1400rpm/60s)。然后旋涂0.5mg/mL的PFN-Br甲醇溶液(2500rpm/30s)。最后在10-4Pa压力下蒸镀100nm铝电极，得到太阳能电池。
在填充N2的手套箱中使用太阳光模拟器AM1.5G在100mW/cm2光照强度下测试制备的太阳能电池的电流-电压曲线。
对比实施例5、基于高温热处理的氧化钼阳极界面层与PTB7-Th:PC71BM活性层的有机聚合物太阳电池的制备
在2mg五氯化钼中加入1mL的无水超干乙醇溶剂，常温搅拌过夜。然后将该溶液旋涂到附有ITO的衬底上(3500rpm/40s)得到五氯化钼薄膜，将覆盖有该五氯化钼薄膜的ITO衬底进行紫外辐射处理，其中紫外线波长为325nm，紫外辐射时间为15min，然后进行200℃、10min的高温热处理，得到大约10nm厚度的氧化钼薄膜，即阳极界面层。
在2mg PTB7-Th和3mg PC71BM中加入0.2mL的氯苯和4μL的DIO，50℃搅拌过夜。然后将该活性层溶液旋涂到经紫外臭氧的ITO玻璃上(1400rpm/60s)。然后旋涂0.5mg/mL的PFN-Br甲醇溶液(2500rpm/30s)。最后在10-4Pa压力下蒸镀100nm铝电极，得到太阳能电池。
在填充N2的手套箱中使用太阳光模拟器AM1.5G在100mW/cm2光照强度下测试制备的有机聚合物太阳电池的电流-电压曲线。
对比实施例6、基于高温热处理的氧化钨阳极界面层与PTB7-Th:PC71BM活性层的有机聚合物太阳电池的制备
在3mg六氯化钨中加入1mL的无水超干异丙醇溶液，常温搅拌过夜。然后将该溶液旋涂到附有ITO的衬底上(3000rpm/40s)得到六氯化钨薄膜，将覆盖有该六氯化钨薄膜的ITO衬底进行紫外辐射处理，其中紫外线波长为254nm，紫外辐射时间为10min，然后进行180℃、10min的高温热处理，得到大约10nm厚度的氧化钨薄膜，即阳极界面层。
在2mg PTB7-Th和3mg PC71BM中加入0.2mL的氯苯和4μL的DIO，50℃搅拌过夜。然后将该活性层溶液旋涂到经紫外臭氧的ITO玻璃上(1400rpm/60s)。然后旋涂0.5mg/mL的PFN-Br甲醇溶液(2500rpm/30s)。最后在10-4Pa压力下蒸镀100nm铝电极，得到太阳能电池。
在填充N2的手套箱中使用太阳光模拟器AM1.5G在100mW/cm2光照强度下测试制备的有机聚合物太阳电池的电流-电压曲线。
对比实施例7、基于高温热处理的氧化钒阳极界面层与PTB7-Th:PC71BM活性层的有机聚合物太阳电池的制备
在1mg三氯化钒中加入1mL的无水超干甲醇溶液，常温搅拌过夜。然后将该溶液旋涂到附有ITO的衬底上(2000rpm/40s)得到三氯化钒薄膜，将覆盖有该三氯化钒薄膜的ITO衬底进行紫外辐射处理，其中紫外线波长为365nm，紫外辐射时间为20min，然后进行190℃、20min的高温热处理，得到大约10nm厚度的氧化钒薄膜，即阳极界面层。
在2mg PTB7-Th和3mg PC71BM中加入0.2mL的氯苯和4μL的DIO，50℃搅拌过夜。然后将该活性层溶液旋涂到经紫外臭氧的ITO玻璃上(1400rpm/60s)。然后旋涂0.5mg/mL的PFN-Br甲醇溶液(2500rpm/30s)。最后在10-4Pa压力下蒸镀100nm铝电极，得到太阳能电池。
在填充N2的手套箱中使用太阳光模拟器AM1.5G在100mW/cm2光照强度下测试制备的有机聚合物太阳电池的电流-电压曲线。
对比实施例8、基于高温热处理的氧化铌阳极界面层与PTB7-Th:PC71BM活性层的有机聚合物太阳电池的制备
在2mg五氯化铌中加入1mL的无水超干甲氧基乙二醇溶液，常温搅拌过夜。然后将该溶液旋涂到附有ITO的衬底上(3000rpm/40s)得到五氯化铌薄膜，将覆盖有该五氯化铌薄膜的ITO衬底进行紫外辐射处理，其中紫外线波长为365nm，紫外辐射时间为30min，然后进行200℃、10min的高温热处理，得到大约10nm厚度的氧化铌薄膜，即阳极界面层。
在2mg PTB7-Th和3mg PC71BM中加入0.2mL的氯苯和4μL的DIO，50℃搅拌过夜。然后将该活性层溶液旋涂到经紫外臭氧的ITO玻璃上(1400rpm/60s)。然后旋涂0.5mg/mL的PFN-Br甲醇溶液(2500rpm/30s)。最后在10-4Pa压力下蒸镀100nm铝电极，得到太阳能电池。
在填充N2的手套箱中使用太阳光模拟器AM1.5G在100mW/cm2光照强度下测试制备的有机聚合物太阳电池的电流-电压曲线。
实施例5、基于低温热处理的氧化钼阳极界面层与PTB7-Th:PC71BM活性层的有机聚合物太阳电池的制备
在2mg五氯化钼中加入1mL的无水超干乙醇溶剂，常温搅拌过夜。然后将该溶液旋涂到附有ITO的衬底上(3500rpm/40s)得到五氯化钼薄膜，将覆盖有该五氯化钼薄膜的ITO衬底进行紫外辐射处理，其中紫外线波长为325nm，紫外辐射时间为15min，然后在80℃温度下将金属氯化物薄膜间歇性加热，每次加热时间相同，加热次数为2次，相邻两次加热时间间隔在5min，间歇性加热总时长与对比实施例5中高温热处理过程中加热总时长10min相等，得到大约10nm厚度的氧化钼薄膜，即阳极界面层。
在2mg PTB7-Th和3mg PC71BM中加入0.2mL的氯苯和4μL的DIO，50℃搅拌过夜。然后将该活性层溶液旋涂到经紫外臭氧的ITO玻璃上(1400rpm/60s)。然后旋涂0.5mg/mL的PFN-Br甲醇溶液(2500rpm/30s)。最后在10-4Pa压力下蒸镀100nm铝电极，得到太阳能电池。
在填充N2的手套箱中使用太阳光模拟器AM1.5G在100mW/cm2光照强度下测试制备的有机聚合物太阳电池的电流-电压曲线。
实施例6、基于低温热处理的氧化钨阳极界面层与PTB7-Th:PC71BM活性层的有机聚合物太阳电池的制备
在3mg六氯化钨中加入1mL的无水超干异丙醇溶液，常温搅拌过夜。然后将该溶液旋涂到附有ITO的衬底上(3000rpm/40s)得到六氯化钨薄膜，将覆盖有该六氯化钨薄膜的ITO衬底进行紫外辐射处理，其中紫外线波长为254nm，紫外辐射时间为10min，然后在90℃温度下将金属氯化物薄膜间歇性加热，每次加热时间相同，加热次数为3次，相邻两次加热时间间隔在8min，间歇性加热总时长与对比实施例6中高温热处理过程中加热总时长10min相等，得到大约10nm厚度的氧化钨薄膜，即阳极界面层。
在2mg PTB7-Th和3mg PC71BM中加入0.2mL的氯苯和4μL的DIO，50℃搅拌过夜。然后将该活性层溶液旋涂到经紫外臭氧的ITO玻璃上(1400rpm/60s)。然后旋涂0.5mg/mL的PFN-Br甲醇溶液(2500rpm/30s)。最后在10-4Pa压力下蒸镀100nm铝电极，得到太阳能电池。
在填充N2的手套箱中使用太阳光模拟器AM1.5G在100mW/cm2光照强度下测试制备的有机聚合物太阳电池的电流-电压曲线。
实施例7、基于低温热处理的氧化钒阳极界面层与PTB7-Th:PC71BM活性层的有机聚合物太阳电池的制备
在1mg三氯化钒中加入1mL的无水超干甲醇溶液，常温搅拌过夜。然后将该溶液旋涂到附有ITO的衬底上(2000rpm/40s)得到三氯化钒薄膜，将覆盖有该三氯化钒薄膜的ITO衬底进行紫外辐射处理，其中紫外线波长为365nm，紫外辐射时间为20min，，然后在100℃温度下将金属氯化物薄膜间歇性加热，每次加热时间相同，加热次数为4次，相邻两次加热时间间隔在10min，间歇性加热总时长与对比实施例7中高温热处理过程中加热总时长20min相等，得到大约10nm厚度的氧化钒薄膜，即阳极界面层。
在2mg PTB7-Th和3mg PC71BM中加入0.2mL的氯苯和4μL的DIO，50℃搅拌过夜。然后将该活性层溶液旋涂到经紫外臭氧的ITO玻璃上(1400rpm/60s)。然后旋涂0.5mg/mL的PFN-Br甲醇溶液(2500rpm/30s)。最后在10-4Pa压力下蒸镀100nm铝电极，得到太阳能电池。
在填充N2的手套箱中使用太阳光模拟器AM1.5G在100mW/cm2光照强度下测试制备的有机聚合物太阳电池的电流-电压曲线。
实施例8、基于低温热处理的氧化铌阳极界面层与PTB7-Th:PC71BM活性层的有机聚合物太阳电池的制备
在2mg五氯化铌中加入1mL的无水超干甲氧基乙二醇溶液，常温搅拌过夜。然后将该溶液旋涂到附有ITO的衬底上(3000rpm/40s)得到五氯化铌薄膜，将覆盖有该五氯化铌薄膜的ITO衬底进行紫外辐射处理，其中紫外线波长为365nm，紫外辐射时间为30min，然后在100℃温度下将金属氯化物薄膜间歇性加热，每次加热时间相同，加热次数为5次，相邻两次加热时间间隔在10min，间歇性加热总时长与对比实施例8中高温热处理过程中加热总时长10min相等，得到大约10nm厚度的氧化铌薄膜，即阳极界面层。
在2mg PTB7-Th和3mg PC71BM中加入0.2mL的氯苯和4μL的DIO，50℃搅拌过夜。然后将该活性层溶液旋涂到经紫外臭氧的ITO玻璃上(1400rpm/60s)。然后旋涂0.5mg/mL的PFN-Br甲醇溶液(2500rpm/30s)。最后在10-4Pa压力下蒸镀100nm铝电极，得到太阳能电池。
在填充N2的手套箱中使用太阳光模拟器AM1.5G在100mW/cm2光照强度下测试制备的有机聚合物太阳电池的电流-电压曲线。
实施例9、
对比实施例1’、对比实施例1-4、实施例1-4的器件数据如下表1所示：
Figure BDA0002081183150000151
Figure BDA0002081183150000161
实施例10、
对比实施例2’、对比实施例5-8、实施例5-8的器件数据如下表2所示：
Figure BDA0002081183150000162
从上表1和2得知，同类型金属氧化物薄膜作为阳极界面层应用于有机聚合物太阳电池器件，低温热处理的金属氧化物阳极界面层所得到的器件效率，与高温热处理的金属氧化物阳极界面层所得到的器件效率相比，性能相当，或者更有优势。

Claims (6)

1.一种有机聚合物太阳电池结构，包含金属氧化物阳极界面层和活性层，其特征在于，所述金属氧化物阳极界面层是通过低温热处理工艺制备而成，
其中，所述金属氧化物阳极界面层的低温热处理工艺制备步骤如下：将金属氯化物与溶剂混合配制成金属氯化物溶液，将金属氯化物溶液涂覆在附有阳极的衬底上形成金属氯化物薄膜，对金属氯化物薄膜进行紫外辐射处理，然后在80-100℃的温度下将金属氯化物薄膜间歇性加热，每次加热时间相同，加热次数为2-5次，相邻两次加热时间间隔在5-10min；
所述金属氯化物选自于：三氯化钼、五氯化钼、六氯化钨、二氯化钒、三氯化钒、四氯化钒、三氯化铌、四氯化铌或五氯化铌的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种有机聚合物太阳电池结构，其特征在于：所述溶剂选自于：去离子水、甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、甲氧基乙二醇、N,N-二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯、三氯苯、苯甲醚、甲基苯甲醚、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、乙腈和γ-丁内酯的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种有机聚合物太阳电池结构，其特征在于：所述紫外辐射紫外线波长范围为254-365nm，所述紫外辐射处理时间为5-30min。
4.根据权利要求1所述的一种有机聚合物太阳电池结构，其特征在于：所述活性层结构为电子给体材料与电子受体材料物理共混而成，其中，电子给体材料选自于共轭小分子、有机共轭聚合物。
5.根据权利要求4所述的一种有机聚合物太阳电池结构，其特征在于：所述有机共轭聚合物结构选自于以下结构的一种：
Figure FDA0003567074820000021
6.根据权利要求4所述的一种有机聚合物太阳电池结构，其特征在于：所述电子受体材料结构选自于以下结构的一种：
Figure FDA0003567074820000022
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Denomination of invention: An organic polymer solar cell

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