CN111048666B - 一种用溶剂辅助制备垂直相分离活性层及光伏器件的方法 - Google Patents
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Abstract
一种溶剂辅助制备垂直相分离的活性层及光伏器件的方法,包括依次进行衬底预处理、阴极缓冲层制备、活性层制备、阳极缓冲层制备和金属电极制备,所述活性层制备是采用2次喷涂沉积,具体是用有机给体材料和有机受体材料成喷涂液A、喷涂液B,采用喷涂液A在制得的阴极缓冲层上喷涂沉积一层下活性层薄膜,再用喷涂液B在所述下活性层薄膜表面继续第2次喷涂沉积一层上活性层薄膜。本发明方法实现了有机给体材料在复合活性层的阳极富集,有机受体材料在复合活性层的阴极富集,复合活性层薄膜达到了显著的垂直相分离,界面结构连续,降低了电荷双分子复合,提高了正负电荷向两端的传输效率,进而提升了有机薄膜太阳能电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏器件制备领域,具体涉及一种用溶剂辅助制备垂直相分离的活性层及光伏器件的方法。
背景技术
有机薄膜太阳能电池具有轻、薄、柔性化的特点,在可穿戴电子器件、飞行器领域具有良好的应用前景。其核心包含由有机半导体构成的活性层。所谓的活性层,其结构一般为电子给体材料和电子受体材料组成混合异质结构,作用在于光吸收、产生激子、激子解离、电荷传输4个方面。其中电荷传输是正电荷由电子给体材料传输至阳极,负电荷由电子受体材料传输至阴极。因此,电子给体材料和电子受体材料的组织机构对电荷传输效率和有机薄膜太阳能电池的总体效率具有很大影响。然而,在活性层制备过程中,往往是将电子给体与电子受体按比例混合均匀后采用旋涂、喷涂或其他方法进行铺膜,导致电子给体材料与电子受体材料在薄膜中混合过于均匀。这种工艺使得正负电荷向两极传输的过程受阻,造成电荷双分子复合,导致内部损耗增加从而降低太阳能电池效率。因此,需要将活性层中给体材料和受体材料实现垂直相分离,使得给体材料在阳极富集,受体材料在阴极富集,从而提高电荷传输效率。现有技术采用分层制备半导体材料,如专利CN 103781845 A公开了一种分层制备半导体有机材料,其中一层富含至少一种半导体有机材料,而第二层富含至少一种不同于第一层的第二半导体有机材料,使得OLED薄膜在一定程度上实现了相分离。然而由于两层成分的差异,层与层之间一定程度上会形成成分和结构上的不连续。因此,该方法难以实现真正意义上的相分离。而若在有机薄膜太阳能电池中界面不连续会造成严重的电荷复合,不仅不能提高器件效率,还会导致器件性能降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种溶剂辅助制备垂直相分离的活性层及光伏器件的方法。
本发明目的按如下技术方案实现:
一种光伏器件的制备方法,包括依次进行衬底预处理、阴极缓冲层制备、活性层制备、阳极缓冲层制备和金属电极制备,其特征在于:所述活性层制备是采用2次喷涂沉积,具体是用有机给体材料和有机受体材料按照1:3~3:4的质量比溶解于有机溶剂中配置成喷涂液A,采用与喷涂液A中相同的有机给体材料和有机受体材料按照4:3~3:1的质量比溶解于有机溶剂中配置成喷涂液B,所述有机溶剂是氯苯、1,3,5-三甲苯和/或1,3,5-三乙苯的混合溶剂;采用喷涂液A在制得的阴极缓冲层上喷涂沉积一层下活性层薄膜,再用喷涂液B在所述下活性层薄膜表面继续第2次喷涂沉积一层上活性层薄膜。本发明最终制得了包括从下至上依次为衬底、阴极缓冲层、活性层、阳极缓冲层和金属电极的有机薄膜太阳能电池。
本发明分两次喷涂形成上、下复合活性层薄膜,根据本发明上述原料体系的配比、上活性层薄膜的结构中有机给体材料占主要成分,下活性层薄膜的结构中有机受体材料占主要成分。由于1,3,5-三甲苯和/或1,3,5-三乙苯对有机给体材料的溶解性低于对有机受体材料的溶解性,且氯苯的饱和蒸气压远大于1,3,5-三甲苯和/或1,3,5-三乙苯,在沉积过程中氯苯会相对1,3,5-三甲苯和/或1,3,5-三乙苯向上移动,更多地带动有机给体材料向上迁移,有机受体材料相对向下移动,且有机给体材料和有机受体材料的相对移动只存在于当前沉积的薄膜层内部及界面表面附近,不发生层与层之间大范围的穿插移动。在第一次喷涂沉积下活性层薄膜时,由于有机给体材料上移,下活性层薄膜的上界面附近有机给体材料增多、有机受体材料相对减少,缩小了上界面有机给体材料和有机受体材料的成分比例差异;在随后喷涂沉积上活性层薄膜时,上活性层薄膜的下界面附近有机给体材料减少,有机受体材料相对增多,缩小下界面的有机受体材料和有机给体材料的成分比例差异,使得两层活性层之间的接触界面的成分结构从原始的下活性层薄膜的上界面主要为有机受体材料、上活性层薄膜的下界面主要为有机给体材料的较大差异的结构变成下活性层薄膜的上界面有机受体材料减少、有机给体材料增多,上活性层薄膜的下界面有机给体材料减少、有机受体材料增多,最终使得上述的上、下界面的给体和受体成分比例更接近、趋于一致,从而形成连续均匀的过渡结构,使得上、下活性层薄膜形成完整均匀过渡的复合活性层整体。另外,由于有机给体材料和有机受体材料的成分比例关系不同,使得上活性层薄膜以有机给体材料为主,下活性层薄膜中以有机受体材料为主,喷涂过程中,通过有机给体材料上移,驱使有机受体材料下移,进一步促进下活性层薄膜中的有机受体材料向下富集、上活性层薄膜中的有机给体材料向上富集,加大了有机给体材料和有机受体材料在复合活性层薄膜的上、下两端的富集程度,显著提高了异质结构的复合活性层薄膜的垂直相分离效果。
进一步,上述混合溶剂中氯苯体积百分比为60~90%,1,3,5-三甲苯和/或1,3,5-三乙苯的溶剂体积百分比为10~40%。
进一步,上述喷涂液A中有机给体材料与有机受体材料的总质量与混合溶剂的体积比为4~12 mg:1mL,喷涂液B中有机给体材料与有机受体材料的总质量与混合溶剂的体积比为4~12 mg:1mL。
进一步,上述有机给体材料为共轭聚合物包括但不限于PBDB-T、PBDB-T-2Cl、P3HT、PCPDTBT、PTB7或PTB7-Th等,有机受体材料为富勒烯衍生物包括但不限于:PC61BM、PC71BM、ICBA、N2200、ITIC或IT4F等。
进一步,上述喷涂液A和喷涂液B中还分别加入占喷涂液A或喷涂液B体积5‰的1,8-二碘辛烷。
进一步,上述活性层制备前需要将制备了阴极缓冲层的衬底进行加热,加热的温度为25~80℃,保温时间为5~10min。
进一步,上述两次喷涂沉积的薄膜厚度各为45nm~140nm,沉积速率为10~30nm/min,环境湿度小于60%。
优选的,喷涂液A与喷涂液B中使用的有机给体材料总质量与有机受体材料的总质量比例为1:1,两次喷涂的沉积活性层厚度相同,沉积速度相同。
一种光伏器件的制备方法,按如下步骤:
(1)衬底预处理
采用ITO薄膜作为衬底,在分别含有清洁剂、丙酮、去离子水和乙醇的超声波浴中连续清洗,每一步10min,然后用氮气吹干;
(2)阴极缓冲层制备
采用旋涂法或超声喷雾热解法在衬底上制备一层厚度为20nm~50nm的ZnO薄膜,旋涂法采用溶液是乙酸锌的乙二醇甲醚溶液,乙醇胺作为稳定剂,超声喷雾热解法采用的是ZnO溶于氨水的锌氨溶液;
(3)活性层制备
喷涂液A:将有机给体材料和有机受体材料按照质量比例1:3~3:4溶解于氯苯、1,3,5-三甲苯和/或1,3,5-三乙苯组成的混合液,其中氯苯体积占混合溶剂百分比为60~90%,1,3,5-三甲苯和1,3,5-三乙苯的中的一种或者两者混合液体积占混合溶剂百分比为10~40%,再加入喷涂液A体积5‰的1,8-二碘辛烷;
喷涂液B:将机给体材料与有机受体材料按照质量比例为4:3~3:1溶解于氯苯、1,3,5-三甲苯和/或1,3,5-三乙苯的混合溶剂,其中氯苯体积百分比为60~90%,1,3,5-三甲苯和1,3,5-三乙苯的中的一种或者两者混合液体积百分比为10~40%,再加入喷涂液B体积5‰的1,8-二碘辛烷;
第1次喷涂:将喷涂了ZnO薄膜的衬底加热至25~80℃,保温5~10min,然后采用上述的喷涂液A,在ZnO薄膜表面喷涂沉积一层厚度为45nm~140nm的下活性层薄膜,沉积速率为10~30nm/min,喷涂环境湿度小于60%;
第2次喷涂:在下活性层喷涂完后立刻采用上述的喷涂液B进行喷涂,沉积一层厚度为45nm~140nm的下活性层薄膜,沉积速率为10~30nm/min;部分活性层需要在氮气保护下,进行退火处理;
(4)阳极缓冲层制备
采用真空热蒸发法制备一层厚度为2~10nm的MoO3薄膜,蒸镀速率为0.1~0.2 nm/s;
(5)金属电极制备
采用真空热蒸发法制备一层厚度为60~120nm的Ag或Au薄膜,蒸镀速率为0.1~0.2nm /s。
在制备过程中,采用上述混合溶剂配置喷涂液,结合特定的给体和受体比例,再配合喷涂方式,促进有机给体材料和有机受体材料的分别在复合活性层的两极富集,并且使得上、下活性层之间的界面附近给体和受体的成分比例接近,达到结构和成分上的连续和界面的均匀过渡,最终实现了异质结构的复合活性层薄膜的垂直相分离,并显著提高了垂直相分离效果,避免了电荷传输过程中发生电荷复合,增强了电荷传输效率,从而提高制备的有机薄膜太阳能电池的光电转换效率。
本发明具有如下有益效果:
本发明提供了一种溶剂辅助制备垂直相分离的活性层及有机薄膜太阳能电池的方法,实现了有机给体材料在复合活性层的阳极富集,有机受体材料在复合活性层的阴极富集,复合活性层薄膜达到了显著的垂直相分离,界面结构连续、形成均匀过渡的完整复合活性层,降低了电荷双分子复合,提高了正负电荷向两端的传输效率,进而提升了有机薄膜太阳能电池的转换效率。本发明制备的有机薄膜太阳能电池开路电压为0.87V,短路电流密度可达21.6mA/cm2,填充因子达到了66.5%,光电转换效率为12.3%。本发明方法可以用于大面积制备有机薄膜太阳能电池,具有规模化生产的应用前景。
附图说明
图1:本发明实施例1中上、下活性层之间的界面示意图。
图2:本发明实施例1有机薄膜太阳能电池器件结构示意图。
图3:本发明实施例1有机薄膜太阳能电池J~V曲线图。
图4:本发明实施例1有机薄膜太阳能电池的外量子效率图。
图5:本发明实施例3有机薄膜太阳能电池活性层表面形貌。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述,有必要在此指出的是,以下实施例只用于对本发明进行进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,该领域的技术人员可以根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。
实施例1
一种光伏器件的制备方法,按如下步骤:
(1)衬底预处理
采用ITO薄膜作为衬底,在分别含有清洁剂、丙酮、去离子水和乙醇的超声波浴中连续清洗,每一步10min,然后用氮气吹干;
(2)阴极缓冲层制备
采用旋涂法在ITO薄膜上制备一层厚度为50nm的ZnO薄膜,旋涂法采用溶液是乙酸锌的乙二醇甲醚溶液,乙醇胺作为稳定剂;
(3)活性层制备
喷涂液A:按给体和受体质量比例称取2mg的PBDB-T-2CL和6mg的IT4F,溶解于1mL由氯苯、1,3,5-三甲苯组成的混合溶剂中,其中氯苯体积为0.8mL,1,3,5-三甲苯体积为0.2mL,再加入混合溶剂体积5‰的1,8-二碘辛烷;
喷涂液B:按照给体与受体质量比例称取6mg的PBDB-T-2CL和2mg的IT4F,溶解于0.8mL氯苯和0.2mL的1,3,5-三甲苯组成的混合溶剂,再加入混合溶剂体积5‰的1,8-二碘辛烷;
第1次喷涂:在环境湿度为50%下,将制备完ZnO薄膜的衬底加热至60℃,保温5min后开始喷涂,具体采用上述的溶液A雾化后,在ZnO薄膜表面喷涂沉积一层厚度为90nm的下活性层薄膜,沉积速率为20nm/min;
第2次喷涂:第1次喷涂结束后立即将采用上述的溶液B雾化后,继续沉积一层厚度为90nm的下活性层薄膜,沉积速率为20nm/min;
(4)阳极缓冲层制备
采用真空热蒸发法在制得的活性层薄膜表面制备一层厚度为5nm的MoO3薄膜,蒸镀速率为0.15nm /s;
(5)金属电极制备
采用真空热蒸发法在MoO3薄膜表面制备一层厚度为80nm的Ag薄膜,蒸镀速率为0.2nm /s。
现有技术中在分两步喷涂时,会出现两步喷涂的界面出现结构和成分上不连续如图1(a)所示。本实施例1分两步制备上、下活性层薄膜过程中,由于1,3,5-三甲苯对给体的溶解性低于对受体的溶解性,且氯苯的饱和蒸气压远大于1,3,5-三甲苯,在各层沉积时存在有机给体材料更多的随氯苯向上迁移、有机受体材料相对向下移动,使得上、下活性层之间的界面下方附近给体增多,受体向下移动,界面上方附近更多有机给体材料上移,有机受体材料相对下移,从而使得界面附近的有机给体材料和有机受体材料成分比例差异缩小、接近,趋于一致,形成连续均匀的过渡,使得两层活性层形成完整均匀的活性层整体,如图1(b)所示。另外,由于有机给体材料上移,驱使有机受体材料下移,加大了有机给体材料和有机受体材料分别在阳极和阴极的富集程度,显著提高了上、下活性层形成的复合活性层薄膜的垂直相分离效果。
本实施例制备的有机薄膜太阳能电池与普通喷涂方法制备的太阳能电池相比,其开路电压、短路电流、填充因子、光电效率均有提升,如图3所示。本实施例制备的有机薄膜太阳能电池的外量子效率与普通喷涂方法制备的太阳能电池的外量子效率有显著提升,如图4所示。
所述普通喷涂方法指的是活性层采用1次喷涂完成的制备方法。
实施例2
一种光伏器件的制备方法,按如下步骤:
(1)衬底预处理
采用ITO薄膜作为衬底,在分别含有清洁剂、丙酮、去离子水和乙醇的超声波浴中连续清洗,每一步10min,然后用氮气吹干;
(2)阴极缓冲层制备
采用超声喷雾热解法在ITO薄膜上制备一层厚度为20nm的ZnO薄膜,超声喷雾热解法采用的是ZnO溶于氨水的锌氨溶液;
(3)活性层制备
喷涂液A:给体和受体按照质量比例称取3mg的PBDB-T-2Cl和4mg的IT4F,溶解于由0.9mL氯苯和0.1mL的1,3,5-三乙苯的混合溶剂,再加入混合溶剂体积5‰的1,8-二碘辛烷;
喷涂液B:给体与受体按照质量比例称取4mg的PBDB-T-2Cl和3mg的IT4F,溶解于氯苯0.9mL和0.1mL的1,3,5-三乙苯的混合液,再加入混合溶剂体积5‰的 1,8-二碘辛烷;
第1次喷涂:环境湿度为40%下,将制备完ZnO薄膜的衬底加热至40℃,保温10min后开始喷涂,采用上述的喷涂液A雾化后,在ZnO薄膜表面制备一层厚度为140nm的下活性层薄膜,沉积速率为30nm/min;
第2次喷涂:第1次喷涂结束后立即采用上述的溶液B雾化后,继续沉积一层厚度为140nm的上活性层薄膜,沉积速率为30nm/min;制备完成的活性层在氮气保护下,在130℃下退火,退火时间为10min;
(4)阳极缓冲层制备
采用真空热蒸发法在制得的活性层薄膜表面制备一层厚度为10nm的MoO3薄膜,蒸镀速率为0.2 nm /s;
(5)金属电极制备
采用真空热蒸发法在MoO3薄膜表面制备一层厚度为120nm的Ag薄膜,蒸镀速率为0.1nm /s。
实施例3
一种光伏器件的制备方法,按如下步骤:
(1)衬底预处理
采用ITO薄膜作为衬底,在分别含有清洁剂、丙酮、去离子水和乙醇的超声波浴中连续清洗,每一步10min,然后用氮气吹干;
(2)阴极缓冲层制备
采用超声喷雾热解法在ITO薄膜上制备一层厚度为30nm的ZnO薄膜,超声喷雾热解法采用的是ZnO溶于氨水的锌氨溶液;
(3)活性层制备
喷涂液A:按给体和受体质量比例称取2.5mg的PTB7和3.5mg的PCBM,溶解于0.75mL的氯苯和0.25mL的1,3,5-三甲苯组成的混合溶剂中,再加入混合溶剂体积的5‰的1,8-二碘辛烷;
喷涂液B:按照给体与受体质量比例称取3.5mg的PTB7和2.5mg的PCBM,溶解于0.75mL的氯苯和0.25mL的1,3,5-三甲苯组成的混合溶剂,再加入混合溶剂体积5‰的1,8-二碘辛烷;
第1次喷涂:在环境湿度为60%下,将制备了ZnO薄膜的衬底加热至25℃,保温10min后开始喷涂,采用上述的喷涂A雾化后,在ZnO薄膜表面制备一层厚度为45nm的下活性层薄膜,沉积速率为15nm/min;
第2次喷涂:采第1次喷涂结束后立即用上述的喷涂液B雾化后,继续沉积一层厚度为75nm的上活性层薄膜,沉积速率为10nm/min;制得的活性层薄膜在氮气保护下,在140℃退火,退火时间为20min;
(4)阳极缓冲层制备
采用真空热蒸发法在制得的活性层表面制备一层厚度为10nm的MoO3薄膜,蒸镀速率为0.1 nm /s;
(5)金属电极制备
采用真空热蒸发法在MoO3薄膜表面制备一层厚度为60nm的Ag薄膜,蒸镀速率为0.15nm /s。
实施例4
一种光伏器件的制备方法,按如下步骤:
(1)衬底预处理
采用ITO薄膜作为衬底,在分别含有清洁剂、丙酮、去离子水和乙醇的超声波浴中连续清洗,每一步10min,然后用氮气吹干;
(2)阴极缓冲层制备
采用旋涂法在ITO薄膜上制备一层厚度为35nm的ZnO薄膜,旋涂法采用溶液是乙酸锌的乙二醇甲醚溶液,乙醇胺作为稳定剂;
(3)活性层制备
喷涂液A:按给体和受体质量比例称取4mg的BTB7-Th和8mg的N2200,溶解于0.7mL的 氯苯和0.3mL的1,3,5-三甲苯和1,3,5-三乙苯混合液组成的混合溶剂,再加入混合溶剂体积的5‰的1,8-二碘辛烷;
喷涂液B:按照给体与受体质量比例称取6mg的BTB7-Th和4mg的N2200,溶解于0.6mL的氯苯和0.4mL的1,3,5-三甲苯和1,3,5-三乙苯混合液组成的混合溶剂,再加入混合溶剂体积5‰的1,8-二碘辛烷;
第1次喷涂:在环境湿度为20%下,将制备了ZnO薄膜的衬底加热至80℃,保温5min后开始喷涂,采用上述的喷涂A雾化后,在ZnO薄膜表面制备一层厚度为100nm的下活性层薄膜,沉积速率为20nm/min;
第2次喷涂:第1次喷涂结束后立即采用上述的溶液B雾化后,继续沉积一层厚度为60nm的上活性层薄膜,沉积速率为30nm/min;
(4)阳极缓冲层制备
采用真空热蒸发法在制得的活性层表面制备一层厚度为2nm的MoO3薄膜,蒸镀速率为0.15nm /s;
(5)金属电极制备
采用真空热蒸发法在MoO3薄膜表面制备一层厚度为80nm的 Au薄膜,蒸镀速率为0.2nm /s。
实施例5
一种光伏器件的制备方法,按如下步骤:
(1)衬底预处理
采用ITO薄膜作为衬底,在分别含有清洁剂、丙酮、去离子水和乙醇的超声波浴中连续清洗,每一步10min,然后用氮气吹干;
(2)阴极缓冲层制备
采用超声喷雾热解法在ITO薄膜上制备一层厚度为25nm的ZnO薄膜,超声喷雾热解法采用的是ZnO溶于氨水的锌氨溶液;
(3)活性层制备
喷涂液A:按给体和受体质量比例称取1mg的P3HT和3mg的PCBM,溶解于由0.9mL的氯苯和1,3,5-三乙苯的混合液,再加入混合溶剂体积5‰的1,8-二碘辛烷;
喷涂液B:按照给体与受体质量比例称取3mg的P3HT和1mg的PCBM,溶解0.8mL的氯苯和1,3,5-三乙苯的混合液,再加入混合溶剂体积5‰的 1,8-二碘辛烷;
第1次喷涂:在环境湿度为50%下,将制备了ZnO薄膜的衬底加热至30℃,保温6min后开始喷涂,采用上述的喷涂液A雾化后,在ZnO薄膜表面制备一层厚度为45nm~140nm的下活性层薄膜,沉积速率为25nm/min;
第2次喷涂:第1次喷涂结束后立即采用上述的喷涂液B雾化后,继续沉积一层厚度为140nm的上活性层薄膜,沉积速率为30nm/min;然后制备完成的活性层在氮气保护下,140℃下退火,退火时间为10min;
(4)阳极缓冲层制备
采用真空热蒸发法在制得的活性层表面制备一层厚度为6nm的MoO3薄膜,蒸镀速率为0.15 nm /s;
(5)金属电极制备
采用真空热蒸发法在MoO3薄膜表面制备一层厚度为60nm的Ag薄膜,蒸镀速率为0.15nm /s。
Claims (7)
1.一种光伏器件的制备方法,包括依次进行衬底预处理、阴极缓冲层制备、活性层制备、阳极缓冲层制备和金属电极制备,其特征在于:所述活性层制备是采用2次喷涂沉积,具体是用有机给体材料和有机受体材料按照1:3~3:4的质量比溶解于有机溶剂中配置成喷涂液A,采用与喷涂液A中相同的有机给体材料和有机受体材料按照4:3~3:1的质量比溶解于有机溶剂中配置成喷涂液B,所述有机溶剂是氯苯、1,3,5-三甲苯和/或1,3,5-三乙苯的混合溶剂;采用喷涂液A在制得的阴极缓冲层上喷涂沉积一层下活性层薄膜,再用喷涂液B在所述下活性层薄膜表面继续第2次喷涂沉积一层上活性层薄膜。
2.如权利要求1所述的一种光伏器件的制备方法,其特征在于:所述混合溶剂中氯苯体积百分比为60~90%,1,3,5-三甲苯和/或1,3,5-三乙苯的溶剂体积百分比为10~40%。
3.如权利要求1或2所述的一种光伏器件的制备方法,其特征在于:所述喷涂液A中有机给体材料与有机受体材料的总质量与混合溶剂的体积比为4~12 mg:1mL,喷涂液B中有机给体材料与有机受体材料的总质量与混合溶剂的体积比为4~12 mg:1mL。
4.如权利要求3所述的一种光伏器件的制备方法,其特征在于:所述有机给体材料为共轭聚合物包括PBDB-T、PBDB-T-2Cl、P3HT、PCPDTBT、PTB7或PTB7-Th,有机受体材料为富勒烯衍生物包括:PC61BM、PC71BM、ICBA、N2200、ITIC或IT4F。
5.如权利要求4所述的一种光伏器件的制备方法,其特征在于:所述喷涂液A和喷涂液B中还分别加入占喷涂液A或喷涂液B体积5‰的1,8-二碘辛烷。
6.如权利要求5所述的一种光伏器件的制备方法,其特征在于:所述2次喷涂沉积的薄膜厚度各为45nm~140nm,沉积速率为10~30nm/min,环境湿度小于60%。
7. 一种光伏器件的制备方法,其特征在于,按如下步骤进行:
(1)衬底预处理
采用ITO薄膜作为衬底,在分别含有清洁剂、丙酮、去离子水和乙醇的超声波浴中连续清洗,每一步10min,然后用氮气吹干;
(2)阴极缓冲层制备
采用旋涂法或超声喷雾热解法在衬底上制备一层厚度为20nm~50nm的ZnO薄膜,旋涂法采用溶液是乙酸锌的乙二醇甲醚溶液,乙醇胺作为稳定剂,超声喷雾热解法采用的是ZnO溶于氨水的锌氨溶液;
(3)活性层制备
喷涂液A:将有机给体材料和有机受体材料按照质量比例1:3~3:4溶解于氯苯、1,3,5-三甲苯和/或1,3,5-三乙苯组成的混合液,其中氯苯体积占混合溶剂百分比为60~90%,1,3,5-三甲苯和1,3,5-三乙苯的中的一种或者两者混合液体积占混合溶剂百分比为10~40%,再加入喷涂液A体积5‰的1,8-二碘辛烷;
喷涂液B:将机给体材料与有机受体材料按照质量比例为4:3~3:1溶解于氯苯、1,3,5-三甲苯和/或1,3,5-三乙苯的混合溶剂,其中氯苯体积百分比为60~90%,1,3,5-三甲苯和1,3,5-三乙苯的中的一种或者两者混合液体积百分比为10~40%,再加入喷涂液B体积5‰的1,8-二碘辛烷;
第1次喷涂:采用上述的喷涂液A,在ZnO薄膜表面喷涂沉积一层厚度为45nm~140nm的下活性层薄膜,沉积速率为10~30nm/min,喷涂环境湿度小于60%;
第2次喷涂:在下活性层喷涂完后立刻采用上述的喷涂液B进行喷涂,沉积一层厚度为45nm~140nm的下活性层薄膜,沉积速率为10~30nm/min;
(4)阳极缓冲层制备
采用真空热蒸发法制备一层厚度为2~10nm的MoO3薄膜,蒸镀速率为0.1~0.2 nm /s;
(5)金属电极制备
采用真空热蒸发法制备一层厚度为60~120nm的Ag或Au薄膜,蒸镀速率为0.1~0.2nm/s。
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CN112420932B (zh) * | 2020-11-19 | 2023-07-04 | 山东大学 | 一种适用于室内热光源照明环境下光电转换的有机光伏器件及其制备方法 |
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Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102891259A (zh) * | 2012-09-28 | 2013-01-23 | 北京大学 | 给体与受体垂直相分离的有机太阳能电池及其制备方法 |
CN105098079A (zh) * | 2015-07-13 | 2015-11-25 | 电子科技大学 | 基于双层阴极缓冲层的有机薄膜太阳能电池及其制备方法 |
CN106410033A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-02-15 | 华北电力大学 | 一种聚合物薄膜及其制备方法与应用 |
CN106549105A (zh) * | 2016-10-24 | 2017-03-29 | 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 | 一种共轭富勒烯/石墨烯薄膜太阳能电池及其制备方法 |
CN107068871A (zh) * | 2013-03-11 | 2017-08-18 | 沙特基础工业公司 | 平面供体‑受体异质结及包含其的光伏电池 |
CN108598265A (zh) * | 2018-05-02 | 2018-09-28 | 北京科技大学 | 一种有机太阳能电池活性层的制备方法 |
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102891259A (zh) * | 2012-09-28 | 2013-01-23 | 北京大学 | 给体与受体垂直相分离的有机太阳能电池及其制备方法 |
CN107068871A (zh) * | 2013-03-11 | 2017-08-18 | 沙特基础工业公司 | 平面供体‑受体异质结及包含其的光伏电池 |
CN105098079A (zh) * | 2015-07-13 | 2015-11-25 | 电子科技大学 | 基于双层阴极缓冲层的有机薄膜太阳能电池及其制备方法 |
CN106410033A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-02-15 | 华北电力大学 | 一种聚合物薄膜及其制备方法与应用 |
CN106549105A (zh) * | 2016-10-24 | 2017-03-29 | 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 | 一种共轭富勒烯/石墨烯薄膜太阳能电池及其制备方法 |
CN108598265A (zh) * | 2018-05-02 | 2018-09-28 | 北京科技大学 | 一种有机太阳能电池活性层的制备方法 |
CN109346603A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-02-15 | 张军 | 一种有机太阳能电池及其制备方法 |
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"Two‐layer organic photovoltaic cell";Tang, C. W.;《Applied Physics Letters》;19860228;全文 * |
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