CN110635038A - 有机太阳能电池的主动层以及有机太阳能板电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种有机太阳能电池的主动层以及有机太阳能板电池。有机太阳能电池的主动层包含有机材料以及掺杂于有机材料中的荧光材料。有机太阳能板电池包含第一电极、第一中间层、所述主动层以及第二电极。第一中间层设置于第一电极上。主动层设置于第一中间层上。第二电极设置于主动层上。
Description
技术领域
本发明关于有机太阳能电池的主动层以及有机太阳能板电池。
背景技术
随着科技发展，能源需求与日俱增。然而地球蕴含的能源有限，因此各国皆竞相致力于替代能源的开发。其中，符合环保诉求的太阳能电池受到极大瞩目。
太阳能电池可直接将太阳能转换为电能。由于在发电过程中不产生二氧化碳等温室气体，因此不会对环境造成污染。当光照射在太阳能电池上时，利用其光电半导 体的特性，使光子与导体或半导体中的自由电子作用而产生电流。目前现有的太阳 能电池依据主体材料的不同可分为硅基半导体太阳能电池、染料敏化太阳能电池及 有机材料太阳能电池。
染料敏化太阳能电池有电解质溶液变质和液体泄漏等问题影响其寿命并且转换效率低。非晶硅薄膜太阳能电池转换效率不高，且有光衰退现象。此外，上述太阳能 电池均为固定深色，在应用上有其限制。如能开发出半透明的可变色太阳能电池，作 为建筑物集成太阳能电池(Building Integrated Photo Voltaic，BIPV)应用于屋顶、天 窗、外观、门窗等建筑之中，对于未来需要大量制造太阳能电池元件或是商业应用上 将具有潜力。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种有机太阳能电池的主动层，可供制作不同色彩的太阳能板。
本发明的另一目的在于提供一种有机太阳能板电池，具有不同色彩。
本发明的有机太阳能电池的主动层包含有机材料以及掺杂于有机材料中的荧光材料。
在本发明的一实施例中，荧光材料选自由绿荧光材料、蓝荧光材料、红荧光材 料、及其组合组成的群组。
在本发明的一实施例中，绿荧光材料选自包含10-(2-苯并噻唑)-2,3,6,7-四氢基- 1,1,7,7-四甲基-1H,5H,11H-[1]苯并吡喃基[6,7-8-I,J]喹嗪-11-酮(10-(2-Benzothiazolyl)- 2,3,6,7-tetrahydro-1,1,7,7-tetramethyl-1H,5H,11H-(1)benzopyropyrano(6,7-8- I,j)quinolizin-11-one，C545T)、N,N'-二甲基喹吖啶酮(5,12-Dihydro-5,12- dimethylquino[2,3-b]acridine-7,14-dione，DMQA)、及其组合的群组。
在本发明的一实施例中，蓝荧光材料选自包含4,4'-双(9-乙基-3-咔唑乙烯基)-1,1'- 联苯(4,4'-Bis(9-ethyl-3-carbazovinylene)-1,1'-biphenyl，BCZVBi)、4,4'-双[4-(二对甲苯 基氨基)苯乙烯基]联苯(4,4′-Bis[4-(di-p-tolylamino)styryl]biphenyl，DPAVBi)、1,4-二 -[4-(N,N-二苯基)氨基]苯乙烯基-苯(4-di-[4-(N,N-diphenyl)aMino]styryl-benzene，DSA- Ph)、及其组合的群组。
在本发明的一实施例中，红荧光材料选自包含4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-(4-二 甲基氨基苯乙烯基)-4H-吡喃(4-(Dicyanomethylene)-2-methyl-6-(4-dimethylaminostyryl)-4H-pyran，DCM)、4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-久罗尼定基-9-基)乙烯基]-4H-吡喃(4-(Dicyanomethylene)-2-methyl-6-julolidyl-9-enyl-4H-pyran，DCM2)、4-(二氰基亚甲基)-2-叔丁基-6-(1,1,7,7-四甲基久罗尼定基-4-乙烯基)-4H-吡喃(4-(Dicyanomethylene)-2-tert-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidin-4-yl-vinyl)-4H-pyran， DCJTB)、5,6,11,12-四苯基萘并萘、及其组合的群组。
在本发明的一实施例中，荧光材料以0.01～40wt％的比例掺杂于该有机材料中。
在本发明的一实施例中，荧光材料包含绿荧光材料0.01～40wt％、蓝荧光材料0.01～40wt％、以及红荧光材料0.01～40wt％。
在本发明的一实施例中，有机材料选自包含聚[4,8-双(5-(2-乙基己基)噻吩基-2-基) 苯并[1,2-b；4,5-b']二噻吩基-2,6-二基-alt-(4-(2-乙基己基)-3-氟噻吩并[3,4-b]噻吩-)-2-羧 酸酯基-2-6-二基)](PBDTTT-EFT)、2,6-双(三甲基锡)-4,8-双(5-(2-乙基己基)噻吩-2-基) 苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(PBDTTT-CT)、聚[[9-(1-辛基壬基)-9H-咔唑-2,7-二基]-2,5- 噻吩二基-2,1,3-苯并噻二唑-4,7-二基-2,5-噻吩二基](PCDTBT)、聚(3-己基噻吩-2,5- 二基)(P3HT)、聚{二噻吩并[2,3-d:2',3'-d']苯并[1,2-b:4,5-b']二硫代-苯乙烯-co-1,3-双(噻 吩-2-基)-苯并-[1,2-c:4,5-c']二噻吩-4,8-二酮}(poly{dithieno[2,3-d:2’,3’-d’]benzo[1,2- b:4,5-b’]dithio-phene-co-1,3-bis(thiophen-2-yl)-benzo-[1,2-c:4,5-c’]dithiophene-4,8- dione}，PDBT-T1)、4,7-双(5-溴噻吩-2-基)-2-(2-丁基辛基)-5,6-二氟-2H-苯并[d][1,2,3] 三唑(4,7-bis(5-bromothiophen-2-yl)-2-(2-butyloctyl)-5,6-difluoro-2H- benzo[d][1,2,3]triazole，FTAZ)、聚[(2,6-(4,8-双(5-(2-乙基己基)噻吩-2-基)-苯并[1,2- b:4,5-b']二噻吩))-alt-(5,5-(1',3'-二-2-噻吩基-5',7'-二(2-乙基己基)苯并[1',2'-c:4',5'-c']二 噻吩-4,8-二酮)](Poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)-benzo[1,2-b:4,5- b’]dithiophene))-alt-(5,5-(1’,3’-di-2-thienyl-5’,7’-bis(2-ethylhexyl)benzo[1’,2’-c:4’,5’ -c’]dithiophene-4,8-dione)]，PBDB-T)、聚[(4,8-双(4-(2-乙基己基)-3,5-二氟苯基)苯并 [1,2-b:4,5-b0]二硫代-苯乙烯)-co-(5,6-双(十二烷氧基)-4,7-二(噻吩-2-基)苯并[c][1,2,5]- 噻二唑)]poly[(4,8-bis(4-(2-ethylhexyl)-3,5-difluorophenyl)benzo[1,2-b:4,5-b0]dithio- phene)-co-(5,6-bis(dodecyloxy)-4,7-di(thiophen-2-yl)benzo[c][1,2,5]-thiadiazole)]， PTFBDT-BZS)、[6,6]-苯基C71-丁酸甲酯([6,6]-phenyl C71-butyric acid methyl ester， PC71BM)、[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯([6,6]-Phenyl-C61-butyric acid methyl ester， PC61BM)、1,1,4,4-四苯基-1,3-丁二烯(1,1,4,4-Tetraphenyl-1,3-butadiene，TPB)、2,2'- ((2Z,2'Z)-((5,5'-(9,9-二辛基-9H-芴-2,7-二基)双(噻吩-5,2-二基))双(亚甲基亚基))二(3-氧 代-2,3-二氢-1H-茚-2,1-二亚基))二丙二腈(2,2'-((2Z,2'Z)-((5,5'-(9,9-dioctyl-9H-fluorene- 2,7-diyl)bis(thiophene-5,2-diyl))bis(methanylylidene))bis(3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene- 2,1-diylidene))dimalononitrile，DICTF)、3,9-双(2-亚甲基-(3-(1,1-二氰基亚甲基)-茚酮))- 5,5,11,11-四(5-己基噻吩基)-二噻吩并[2,3-d:2',3'-d']-s-苯并二茚并[1,2-b:5,6-b']二噻吩 (3,9-bis(2-methylene-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(5- hexylthienyl)-dithieno[2,3-d:2’,3’-d’]-s-indaceno[1,2-b:5,6-b’]dithiophene，ITIC-Th)、 3,9-双(2-亚甲基-(5&6-氟-(3-(1,1-二氰基亚甲基)-茚满酮)-5,5,11,11-四(4-己基噻吩基)- 二噻吩并[2,3-d:2',3'-d']-s-苯并二茚并[1,2-b:5,6-b']-二噻吩(3,9-bis(2-methylene-(5&6-fluoro-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone)-5,5,11,11-tetrakis(4-hexylthienyl)- dithieno[2,3-d:2’,3’-d’]-s-indaceno[1,2-b:5,6-b’]-dithiophene，ITIC_Th1)、3,9-双(2- 亚甲基-(3-(1,1-二氰基亚甲基)-茚酮))-5,5,11,11-四(4-己基苯基)-二噻吩并[2,3-d:2',3'- d']-s-苯并二茚并[1,2-b:5,6-b']二噻吩(3,9-bis(2-methylene-(3-(1,1-dicyanomethylene)- indanone))-5,5,11,11-tetrakis(4-hexylphenyl)-dithieno[2,3-d:2’,3’-d’]-s-indaceno[1,2- b:5,6-b’]dithiophene，ITIC)、2,2'-((2Z,2'Z)-((4,4,9,9-四己基-4,9-二氢-s-苯并二茚并[1,2- b,5,6-b']二噻吩-2,7-二基)双(亚甲基亚基))双(3-氧代-2,3-二氢-1H-茚-2,1-二亚基))二丙 二腈(2,2'-((2Z,2'Z)-((4,4,9,9-tetrahexyl-4,9-dihydro-s-indaceno[1,2-b:5,6-b']dithiophene- 2,7-diyl)bis(methanylylidene))bis(3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1- diylidene))dimalononitrile，IDIC)、及其组合的群组。
在本发明的一实施例中，本发明的有机太阳能电池的主动层以溶液制程制作。
在本发明的一实施例中，有机太阳能板电池包含第一电极、第一中间层、所述主动层以及第二电极。第一中间层设置于第一电极上。主动层设置于第一中间层上。第 二电极设置于主动层上。
在本发明的一实施例中，有机太阳能板电池包含第一电极、所述主动层、第二中间层、以及第二电极。主动层设置于第一电极上。第二中间层设置于主动层上。第二 电极设置于第二中间层上。
在本发明的一实施例中，有机太阳能板电池包含第一电极、第一中间层、所述主动层、第二中间层、以及第二电极。第一中间层设置于第一电极上。主动层设置于第 一中间层上。第二中间层设置于主动层上。第二电极设置于第二中间层上。
附图说明
图1为本发明有机太阳能板电池的实施例示意图。
图2为本发明有机太阳能板电池的不同实施例示意图。
图3为本发明有机太阳能板电池的不同实施例示意图。
图4为ITO基板示意图。
图5为主动层有机材料为PBDTTT-EFT:PC71BM的实施例的电流密度对电压测 试图。
图6A～6D为主动层有机材料为PBDTTT-EFT:PC71BM掺杂不同比例的C545T 的实施例的电流密度对电压测试图。
图6E为C545T吸收光谱图。
图7A～7D为主动层有机材料为PBDTTT-EFT:PC71BM掺杂不同比例的DSA- Ph的实施例的电流密度对电压测试图。
图7E为DSA-Ph吸收光谱图。
图8A～8D为主动层有机材料为PBDTTT-EFT:PC71BM掺杂不同比例的 5,6,11,12-四苯基萘并萘的实施例的电流密度对电压测试图。
图8E为5,6,11,12-四苯基萘并萘吸收光谱图。
图9为主动层有机材料为PBDTTT-EFT:PC71BM掺杂3wt％5,6,11,12-四苯基萘 并萘以及3wt％DSA-Ph的实施例的电流密度对电压测试图。
具体实施方式
本发明的有机太阳能电池的主动层包含有机材料以及掺杂于有机材料中的荧光材料。其中，主动层优选地以溶液制程制作，亦即可利用溶液制程制作大面积的薄 膜。
在本发明的一实施例中，有机材料选自包含聚[4,8-双(5-(2-乙基己基)噻吩基-2-基) 苯并[1,2-b；4,5-b']二噻吩基-2,6-二基-alt-(4-(2-乙基己基)-3-氟噻吩并[3,4-b]噻吩-)-2-羧 酸酯基-2-6-二基)]、2,6-双(三甲基锡)-4,8-双(5-(2-乙基己基)噻吩-2-基)苯并[1,2-b:4,5-b'] 二噻吩、聚[[9-(1-辛基壬基)-9H-咔唑-2,7-二基]-2,5-噻吩二基-2,1,3-苯并噻二唑-4,7-二 基-2,5-噻吩二基]、聚(3-己基噻吩-2,5-二基)、聚{二噻吩并[2,3-d:2',3'-d']苯并[1,2-b:4,5- b']二硫代-苯乙烯-1,3-双(噻吩-2-)基)--苯并-[1,2-c:4,5-c']二噻吩-4,8-二酮}、4,7-双(5-溴 噻吩-2-基)-2-(2-丁基辛基)-5,6-二氟-2H-苯并[d][1,2,3]三唑、聚[(2,6-(4,8-双(5-(2-乙基 己基)噻吩-2-基)-苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩))-alt-(5,5-(1',3'-二-2-噻吩基-5',7'-二(2-乙基己 基)苯并[1',2'-c:4',5'-c']二噻吩-4,8-二酮)]、聚[(4,8-双(4-(2-乙基己基)-3,5-二氟苯基)苯 并[1,2-b:4,5-b0]二硫代-苯乙烯)-co-(5,6-双(十二烷氧基)-4,7-二(噻吩-2-基)苯并[c][1,2,5]-噻二唑)]、[6,6]-苯基C71-丁酸甲酯、[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯、1,1,4,4-四苯基 -1,3-丁二烯、2,2'-((2Z,2'Z)-((5,5'-(9,9-二辛基-9H-芴-2,7-二基)双(噻吩-5,2-二基))双(亚 甲基亚基))二(3-氧代-2,3-二氢-1H-茚-2,1-二亚基))二丙二腈、3,9-双(2-亚甲基-(3-(1,1- 二氰基亚甲基)-茚酮))-5,5,11,11-四(5-己基噻吩基)-二噻吩并[2,3-d:2',3'-d']-s-苯并二茚 并[1,2-b:5,6-b']二噻吩、3,9-双(2-亚甲基-(5&6-氟-(3-(1,1-二氰基亚甲基)-茚满酮)- 5,5,11,11-四(4-己基噻吩基)-二噻吩并[2,3-d:2',3'-d']-s-苯并二茚并[1,2-b:5,6-b']-二噻吩、 3,9-双(2-亚甲基-(3-(1,1-二氰基亚甲基)-茚酮))-5,5,11,11-四(4-己基苯基)-二噻吩并[2,3- d:2',3'-d']-s-苯并二茚并[1,2-b:5,6-b']二噻吩、2,2'-((2Z,2'Z)-((4,4,9,9-四己基-4,9-二氢-s- 苯并二茚并[1,2-b,5,6-b']二噻吩-2,7-二基)双(亚甲基亚基))双(3-氧代-2,3-二氢-1H-茚- 2,1-二亚基))二丙二腈、及其组合的群组。其中，PBDTTT-EFT、PBDTTT-CT、PCDTBT、 P3HT、PDBT-T1、FTAZ、PBDB-T、PTFBDT-BZS等优选地为给体，PC71BM、PC61BM 等优选地为受体，TPB、DICTF、ITIC-Th、ITIC_Th1、ITIC、IDIC等优选地为非富 勒烯受体。然而在不同实施例中，有机材料不以本说明书公开内容为限。
在本发明的一实施例中，荧光材料选自由绿荧光材料、蓝荧光材料、红荧光材 料、及其组合组成的群组。其中，荧光材料可选用具有高荧光效率者。举例而言，前 述C545T、DSA-Ph及5,6,11,12-四苯基萘并萘的PLQY(Photoluminescence quantum yield)分别为80％、90％及100％，光激量子效率均属较高者。荧光材料若单独存在于 一层，其在外加电压下，电洞与电子分别通过电洞传输材料与电子传输材料传递， 最后相遇形成再结合并进一步形成激子(exciton)，能量会迅速以光或是热的形式释出。 然而激子为转移能量而不转移电荷的，若将荧光材料掺杂混合至主动层材料内，激 子能量将可以转移至主动层材料内，进一步提高电子电洞对的产生，而并非以光或 热的能量形式释出，因此本发明实施例中所使用的荧光材料为具有高荧光效率者。 然而在不同实施例中，荧光材料不限于具有高荧光效率者，且不以本说明书公开内 容为限。
绿荧光材料选自包含10-(2-苯并噻唑)-2,3,6,7-四氢-1,1,7,7-四甲基-1H,5H,11H-[1] 苯并吡喃基[6,7,8-I,J]喹嗪-11-酮、N,N'-二甲基喹吖啶酮、及其组合的群组。
蓝荧光材料选自包含4,4'-双(9-乙基-3-咔唑乙烯基)-1,1'-联苯、4,4'-双[4-(二对甲苯 基氨基)苯乙烯基]联苯、1,4-二-[4-(N,N-二苯基)氨基]苯乙烯基-苯、及其组合的群组。
红荧光材料选自包含4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-(4-二甲基氨基苯乙烯基)-4H-吡 喃、4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-久罗尼定基-9-基)乙烯基]-4H-吡喃、4-(二氰基亚甲基)- 2-叔丁基-6-(1,1,7,7-四甲基久罗尼定基-4-乙烯基)-4H-吡喃、5,6,11,12-四苯基萘并萘、 及其组合的群组。
其中，上列绿荧光材料、蓝荧光材料、及红荧光材料具有如下表1所列的性质。
表1
其中，荧光材料的光致发光波段为荧光分子材料吸收能量形成激子(exciton)，并由激子将能量转移至主动层材料内的波段可提升元件的效能；荧光材料的吸收波段 为掺杂后有机太阳能电池可提升吸收光谱的波段并且可改变掺杂后有机太阳能电池 显色。
进一步而言，本发明的有机太阳能电池的主动层，以荧光材料掺杂有机材料形 成主动层。其中，通过以荧光材料作为可吸收光的分子，提升吸收光谱的强度，提高 有机太阳能电池的效率，并且其吸收光谱波段不同，可供制作不同色彩的不透明或 半透明的太阳能板。另一方面，通过掺杂不同的荧光材料，其通过光致发光波段，吸 收能量形成激子，并由激子将能量转移至主动层材料内近一步提升元件效能。
在本发明的一实施例中，荧光材料以0.01～40wt％的比例掺杂于有机材料中。
如图1所示的实施例，本发明的有机太阳能板电池910包含第一电极110、第一 中间层310、本发明主动层500以及第二电极120。第一中间层310设置于第一电极 110上。主动层500设置于第一中间层310上。第二电极120设置于主动层500上。
如图2所示的不同实施例，有机太阳能板电池920包含第一电极110、本发明主 动层500、第二中间层320、以及第二电极120。主动层500设置于第一电极110上。 第二中间层320设置于主动层500上。第二电极120设置于第二中间层320上。
如图3所示的不同实施例，有机太阳能板电池930包含第一电极110、第一中间 层310、本发明主动层500、第二中间层320、以及第二电极120。第一中间层310设 置于第一电极110上。主动层500设置于第一中间层310上。第二中间层320设置 于主动层500上。第二电极120设置于第二中间层320上。
在不同实施例中，第一电极110及第二电极120等在内的电极可包含金属或金 属替代物。金属是指包含除金属元素的材料或包含金属合金的材料，其中，金属合金 为包含两种或两种以上金属之材料。金属替代物是指具有类金属性质材料，但非一 般已知定义的金属，诸如经掺杂的半导体或透明的导电氧化物，如氧化铟锡(ITO)。 在一实施例中，氧化铟锡作为阳极，阴极可使用单层金属或双层如钙/铝、钙/银、钡 /银等所构成。在不同实施例中，亦可使用两层或两层以上金属盐类与金属搭配，如 氟化锂/铝、氟化锂/钙/铝、氟化铯/铝等，并使金属盐介于主动层或中间层与阴极之 间。
在本发明具有第一中间层和第二中间层的实施例中，第一中间层为电洞传输层，第二中间层为电子传输层或电洞阻挡层；或者，第一中间层为电子阻挡层，第二中间 层为电子传输层或电洞阻挡层。第一中间层若作为电洞传输层或电子阻挡层或者第 二中间层为电子传输层或电洞阻挡层时，第一电极为阳极、第二电极为阴极。另一方 面，第一中间层可同时包括电洞传输层和电子阻挡层等二子层(sub-layers)，或同时包 括电子传输层和电洞阻挡层。举例而言，在具有多个子层的态样中，第一中间层可包 括一层聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)做为辅助电洞传输和修饰表 面之用且与阳极接触，其他的子层则可为如本发明所述的具有聚合物和有机小分子 的电洞传输层或电子阻挡层。
本发明的有机光电元件的具体实例中，并未特别限制聚合物的实例，只要是具 有成膜性质的聚合物皆为适合的材料，通常，聚合物(包括第一聚合物和第二聚合物) 的数量平均分子量介于1000至5,000,000。另一方面，该有机小分子的分子量介于50 至1000。在具有第一和第二中间层的有机光电元件中，第一和第二有机小分子的分 子量皆介于50至1000。
此外，虽然，通常本发明的聚合物仅使用具有成膜性而不具有光电性质的材料，但所属技术领域具有公知常识的人在参考本发明后，亦可选择具有光电性质的聚合 物，具体而言，该第一聚合物是选自作为电洞传输材料、电子传输材料、电子阻挡材 料或电洞阻挡材料的化合物。或者，在具有第二中间层的有机光电元件中，该第一聚 合物是选自电洞传输材料或电子阻挡材料用的化合物，该第二聚合物则是选自电子 传输材料或电洞阻挡材料用的化合物。
以下通过有机太阳能板电池的实施例说明本发明，但其制造方法、各层所使用 的材料、比例、及厚度，并非用以限制本发明的范围。
有机太阳能板电池的制造包含例如以下步骤。
ITO导电玻璃基板(以下简称ITO基板)：
在一实施例中，ITO基板使用的基板是8cmX7cmX0.7mm的玻璃板(购自台湾 友和贸易公司)。ITO膜是以溅镀制程成膜，长宽为37cm×40cm，厚度为236nm， 片电阻值约为7Ω/□。经由裁切蚀刻后，约为7cm×8cm大小，图像化的ITO基板如 图4所示。
在涂布有机层之前，将ITO基板以标准清洗去除脏污及颗粒粉尘。清洗完ITO 基板后，将ITO基板先经过紫外光臭氧机(UV-Ozone)约20分钟的处理，增加ITO基 板阳极之功函数，能与PEDOT:PSS之HOMO匹配，利于后续薄膜成膜制程。
电洞传输层(Hole Transport Layer,HTL)上膜：
在一实施例中，采用正结构(non-inverted structure)太阳能电池，使用PEDOT:PSS 型号为CLEVIOSTM PVP AI4083(HC Starck,德国)作为电洞传输层。在上膜之前 先将PEDOT:PSS过滤，接着在通过转涂布机台以下表2的旋转条件涂布上膜。
表2
高分子主动层上膜：
主动层是由PBDTTT-EFT(购自solarmer,USA)与PC71BM(购自台湾友和贸 易公司)混合掺杂不同比例荧光材料而成，在调配的溶剂与添加剂，以PBDTTT- EFT:PC71BM@CB(氯苯)@DIO(1,8-二吲哚烯酸酯)＝5mg:7.5mg@500μl@15μl 的比例掺杂荧光材料。其中，掺杂的荧光材料包含C545T(购自昱镭光电)、DSA-Ph (购自Lumtec)及5,6,11,12-四苯基萘并萘(购自Lumtec)。配制好的药品，药瓶需 将其封口，放置在70℃的电炉上加温至少12小时，得以使材料完全溶解。准备上膜 前，需先将刮刀涂布基板加热至80℃，刮刀放置在ITO基板上，使用其间隙为60μm， 用定量滴管控制下料量为30μl，并以刮速240mm/s涂布，涂布后马上以热风加速其 成膜速度。
蒸镀电极：
在一实施例中，阴极蒸镀电极为LiF(氟化锂)与Al(铝)，使用的方式为热蒸镀(Thermal evaporation deposition)。首先，将要进行蒸镀的ITO基板放入设计好的蒸镀罩(Shadow mask)中并对齐黏贴固定，接着再将蒸镀罩放入蒸镀机中，并等待蒸镀 机抽真空，抽至压力4×10-6torr时便可开始设定蒸镀参数。在此需要LiF的镀率 为:厚度为0.8nm，而接着蒸镀的Al的镀率为
厚度为100nm，设定 好后，即可进行蒸镀。
元件封装：
在一实施例中，使用封装方式为重力封装，利用平坦的压克力板，并在其上方放上砝码，使封装玻璃便能与元件更加贴合，并且能够均匀的受力于元件上，让UV光 照射在UV固化胶时能同时紧压元件与封装玻璃进行UV胶固化完成封装。封装制 程的步骤依序如下，先拿取封装用的喷砂玻璃，于玻璃的四边挤上UV固化胶，固 化胶优选地沿着四边连续且不中断，可避免水氧因有空隙而渗透进入元件，造成元 件寿命受到影响。涂布好UV固化胶的封装玻璃便可拿入手套箱进行封装，在进行 封装时，优选地应确保元件的主动层确实封在封装玻璃之内，以避免主动层暴露在 外，影响效率。
电性量测：
在一实施例中，对在元件封装后进行的元件电性量测，使用的量测系统为太阳 光模拟系统(Solar Simulator)作为光源，型号为:SAN-EI ELECTRIC(XES-301S+EL- 100)。在每次量测前，必须先使用光感测器(Photodetector)校正，使光源强度和太阳光 AM1.5 G一样，太阳的光功率密度(Power density)是100mW/cm2，量测会通过Keithley 2400电源供应器，型号为:Keithley 2400 Digital Source Meter，搭配Labview来量测 太阳能电池元件特性。Labview(Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台)，程式的功能可用人机介面来直接控制在自 行设计开发的仪器上。在一实施例中，量测时会调整以下三个参数(1)元件主动区域 面积(2)量测的电压范围(3)流经元件的最大电流值。由Labview启动Keithley2400量 测出元件的PCE、JSC、VOC、FF等光伏参数。
有机太阳能板电池的测试结果：
主动层有机材料为PBDTTT-EFT:PC71BM，电流密度(Current Density)对电压(Voltage)测试图如图5所示，测试结果如下表3所示。
表3
主动层有机材料为PBDTTT-EFT:PC71BM掺杂0.1wt％的绿荧光材料C545T， 电流密度对电压测试图如图6A所示，测试结果如下表4A所示。
表4A
根据以上，掺杂0.1wt％绿荧光材料C545T的太阳能电池是可被制备的。
主动层有机材料为PBDTTT-EFT:PC71BM掺杂3wt％的绿荧光材料C545T，电 流密度对电压测试图如图6B所示，测试结果如下表4B所示。
表4B
根据以上，掺杂3wt％绿荧光材料C545T的太阳能电池是可被制备的。
主动层有机材料为PBDTTT-EFT:PC71BM掺杂10wt％的绿荧光材料C545T， 电流密度对电压测试图如图6C所示，测试结果如下表4C所示。
表4C
根据以上，掺杂10wt％绿荧光材料C545T的太阳能电池是可被制备的。
主动层有机材料为PBDTTT-EFT:PC71BM掺杂30wt％的绿荧光材料C545T， 电流密度对电压测试图如图6D所示，测试结果如下表4D所示。
表4D
根据以上，掺杂30wt％绿荧光材料C545T的太阳能电池是可被制备的。
其中，C545T吸收光谱如图6E所示。
其中，C545T吸收光谱如图6E所示。
主动层有机材料为PBDTTT-EFT:PC71BM掺杂0.1wt％的DSA-Ph，电流密度对 电压测试图如图7A所示，测试结果如下表5A所示。
表5A
根据以上，掺杂0.1wt％蓝荧光材料DSA-Ph的太阳能电池是可被制备的。
主动层有机材料为PBDTTT-EFT:PC71BM掺杂3％的DSA-Ph，电流密度对电 压测试图如图7B所示，测试结果如下表5B所示。
表5B
根据以上，掺杂3wt％蓝荧光材料DSA-Ph的太阳能电池是可被制备的。
主动层有机材料为PBDTTT-EFT:PC71BM掺杂10wt％的DSA-Ph，电流密度对 电压测试图如图7C所示，测试结果如下表5C所示。
表5C
根据以上，掺杂10wt％蓝荧光材料DSA-Ph的太阳能电池是可被制备的。
主动层有机材料为PBDTTT-EFT:PC71BM掺杂30wt％的DSA-Ph，电流密度对 电压测试图如图7D所示，测试结果如下表5D所示。
表5D
根据以上，掺杂30wt％蓝荧光材料DSA-Ph的太阳能电池是可被制备的。
其中，DSA-Ph吸收光谱如图7E所示。
由图5、7A～7D以及表3、5A～5D的比较可以得知，相对于主动层有机材料 为PBDTTT-EFT:PC71BM未掺杂DSA-Ph者，主动层有机材料为PBDTTT- EFT:PC71BM有掺杂DSA-Ph者，具有良好的光伏参数。据此，掺杂0.01～40wt％， 且优选地为0.1～30wt％的蓝荧光材料DSA-Ph的太阳能电池是可被制备的。另一方 面，其吸收光谱波段在400nm至500nm以及650nm至750nm有明显的提升(如图 7E)，吸收了蓝光波段和红光波段的光谱，因此掺杂DSA-Ph的元件偏绿色，故可供 制作不同色彩的不透明或半透明的太阳能板。
主动层有机材料为PBDTTT-EFT:PC71BM掺杂0.1wt％的5,6,11,12-四苯基萘并萘，电流密度对电压测试图如图8A所示，测试结果如下表6A所示。
表6A
根据以上，掺杂0.1wt％红荧光材料5,6,11,12-四苯基萘并萘的太阳能电池是可被制备的。
主动层有机材料为PBDTTT-EFT:PC71BM掺杂3wt％的5,6,11,12-四苯基萘并 萘，电流密度对电压测试图如图8B所示，测试结果如下表6B所示。
表6B
根据以上，掺杂3wt％红荧光材料5,6,11,12-四苯基萘并萘的太阳能电池是可被制备的。
主动层有机材料为PBDTTT-EFT:PC71BM掺杂10wt％的5,6,11,12-四苯基萘并 萘，电流密度对电压测试图如图8C所示，测试结果如下表6C所示。
表6C
根据以上，掺杂10wt％红荧光材料5,6,11,12-四苯基萘并萘的太阳能电池是可被制备的。
主动层有机材料为PBDTTT-EFT:PC71BM掺杂30wt％的5,6,11,12-四苯基萘并 萘，电流密度对电压测试图如图8D所示，测试结果如下表6D所示。
表6D
根据以上，掺杂30％红荧光材料5,6,11,12-四苯基萘并萘的太阳能电池是可被制备的。
其中，5,6,11,12-四苯基萘并萘吸收光谱如图8E所示。
由图5、8A～8D以及表3、6A～6D的比较可以得知，相对于主动层有机材料 为PBDTTT-EFT:PC71BM未掺杂5,6,11,12-四苯基萘并萘者，主动层有机材料为 PBDTTT-EFT:PC71BM有掺杂5,6,11,12-四苯基萘并萘者，具有良好的光伏参数。据 此，掺杂0.01～40wt％，且优选地为0.1～30wt％的红荧光材料5,6,11,12-四苯基萘并 萘的太阳能电池是可被制备的。另一方面，其吸收光谱波段在450nm至550nm有 明显的提升(如图8E)，吸收了蓝光波段和绿光波段的光谱，因此掺杂5,6,11,12-四苯 基萘并萘的元件颜色偏红色，故可供制作不同色彩的不透明或半透明的太阳能板。
另一方面，在荧光分子的选择上除荧光分子之光激量子效率高，掺杂材料的HOMO/LUM0与主动层材料有效匹配，则样本元件具可实行性。因此测试结果可以 类推适用另种材料。
在本发明的一实施例中，荧光材料包含蓝荧光材料DSA-Ph3wt％以及红荧光材 料5,6,11,12-四苯基萘并萘3wt％，电流密度对电压测试图如图9所示，测试结果如 下表7所示。
表7
根据以上，同时掺杂3％红荧光材料5,6,11,12-四苯基萘并萘以及3％蓝荧光材料DSA-Ph的太阳能电池是可被制备的。换言之，同时掺杂两种以上的荧光材料的太阳 能电池是可被制备的。
虽然前述的描述及附图已揭示本发明的优选实施例，必须了解到各种增添、许 多修改和取代可能使用于本发明优选实施例，而不会脱离如所附权利要求所界定的 本发明原理的精神及范围。熟悉本发明所属技术领域的一般技艺者将可体会，本发 明可使用于许多形式、结构、布置、比例、材料、元件和组件的修改。因此，本文于 此所揭示的实施例应被视为用以说明本发明，而非用以限制本发明。本发明的范围 应由后附权利要求所界定，并涵盖其合法均等物，并不限于先前的描述。
Claims (12)
1.一种有机太阳能电池的主动层，包含：
一有机材料；以及
一荧光材料，掺杂于该有机材料中。
2.根据权利要求1所述的主动层，其中该荧光材料选自由一绿荧光材料、一蓝荧光材料、一红荧光材料、及其组合组成的群组。
3.根据权利要求2所述的主动层，其中该绿荧光材料选自包含10-(2-苯并噻唑)-2,3,6,7-四氢-1,1,7,7-四甲基-1H,5H,11H-[1]苯并吡喃基[6,7,8-I,J]喹嗪-11-酮、N,N'-二甲基喹吖啶酮、及其组合的群组。
4.根据权利要求2所述的主动层，其中该蓝荧光材料选自包含4,4'-双(9-乙基-3-咔唑乙烯基)-1,1'-联苯、4,4'-双[4-(二对甲苯基氨基)苯乙烯基]联苯、1,4-二-[4-(N,N-二苯基)氨基]苯乙烯基-苯、及其组合的群组。
5.根据权利要求2所述的主动层，其中该红荧光材料选自包含4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-(4-二甲基氨基苯乙烯基)-4H-吡喃、4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-久罗尼定基-9-基)乙烯基]-4H-吡喃、4-(二氰基亚甲基)-2-叔丁基-6-(1,1,7,7-四甲基久罗尼定基-4-乙烯基)-4H-吡喃、5,6,11,12-四苯基萘并萘、及其组合的群组。
6.根据权利要求1所述的主动层，其中该荧光材料以0.01～40wt％的比例掺杂于该有机材料中。
7.根据权利要求1所述的主动层，其中该荧光材料包含该绿荧光材料0.01～40wt％、该蓝荧光材料0.01～40wt％、以及该红荧光材料0.01～40wt％。
8.根据权利要求1所述的主动层，其中该有机材料选自包含聚[4,8-双(5-(2-乙基己基)噻吩基-2-基)苯并[1,2-b；4,5-b']二噻吩基-2,6-二基-alt-(4-(2-乙基己基-3-氟噻吩并[3,4-b]噻吩-)-2-羧酸酯基-2-6-二基)]、2,6-双(三甲基锡)-4,8-双(5-(2-乙基己基)噻吩-2-基)苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩、聚[[9-(1-辛基壬基)-9H-咔唑-2,7-二基]-2,5-噻吩二基-2,1,3-苯并噻二唑-4,7-二基-2,5-噻吩二基]、聚(3-己基噻吩-2,5-二基)、聚{二噻吩并[2,3-d:2',3'-d']苯并[1,2-b:4,5-b']二硫代-苯乙烯-co-1,3-双(噻吩-2-)基)-苯并-[1,2-c:4,5-c']二噻吩-4,8-二酮}，PDBT-T1)、4,7-双(5-溴噻吩-2-基)-2-(2-丁基辛基)-5,6-二氟-2H-苯并[d][1,2,3]三唑、聚[(2,6-(4,8-双(5-(2-乙基己基)噻吩-2-基)-苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩))-alt-(5,5-(1',3'-二-2-噻吩基-5',7'-二(2-乙基己基)苯并[1',2'-c:4',5'-c']二噻吩-4,8-二酮)]、聚[(4,8-双(4-(2-乙基己基)-3,5-二氟苯基)苯并[1,2-b:4,5-b0]二硫代-苯乙烯)-co-(5,6-双(十二烷氧基)-4,7-二(噻吩-2-基)苯并[c][1,2,5]-噻二唑)]、[6,6]-苯基C71-丁酸甲酯、[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯、2,2'-((2Z,2'Z)-((5,5'-(9,9-二辛基-9H-芴-2,7-二基)双(噻吩-5,2-二基))双(亚甲基亚基))二(3-氧代-2,3-二氢-1H-茚-2,1-二亚基))二丙二腈、3,9-双(2-亚甲基-(3-(1,1-二氰基亚甲基)-茚酮))-5,5,11,11-四(5-己基噻吩基)-二噻吩并[2,3-d:2',3'-d']-s-苯并二茚并[1,2-b:5,6-b']二噻吩、3,9-双(2-亚甲基-(5&6-氟-(3-(1,1-二氰基亚甲基)-茚满酮)-5,5,11,11-四(4-己基噻吩基)-二噻吩并[2,3-d:2',3'-d']-s-苯并二茚并[1,2-b:5,6-b']-二噻吩、3,9-双(2-亚甲基-(3-(1,1-二氰基亚甲基)-茚酮))-5,5,11,11-四(4-己基苯基)-二噻吩并[2,3-d:2',3'-d']-s-苯并二茚并[1,2-b:5,6-b']二噻吩、2,2'-((2Z,2'Z)-((4,4,9,9-四己基-4,9-二氢-s-苯并二茚并[1,2-b,5,6-b']二噻吩-2,7-二基)双(亚甲基亚基))双(3-氧代-2,3-二氢-1H-茚-2,1-二亚基))二丙二腈、及其组合的群组。
9.根据权利要求1所述的主动层，其以溶液制程制作。
10.一种有机太阳能板电池，包含：
一第一电极；
一第一中间层，设置于该第一电极上；
根据上述权利要求1至9任一项所述的主动层，设置于该第一中间层上；以及
一第二电极，设置于该主动层上。
11.一种有机太阳能板电池，包含：
一第一电极；
根据上述权利要求1至9任一项所述的主动层，设置于该第一电极上；
一第二中间层，设置于该主动层上；以及
一第二电极，设置于该第二中间层上。
12.一种有机太阳能板电池，包含：
一第一电极；
一第一中间层，设置于该第一电极上；
根据上述权利要求1至9任一项所述的主动层，设置于该第一中间层上；
一第二中间层，设置于该主动层上；以及
一第二电极，设置于该第二中间层上。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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