CN113629193A - 一种三明治构型活性层的有机太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
一种三明治构型活性层的有机太阳能电池及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113629193A CN113629193A CN202110860455.0A CN202110860455A CN113629193A CN 113629193 A CN113629193 A CN 113629193A CN 202110860455 A CN202110860455 A CN 202110860455A CN 113629193 A CN113629193 A CN 113629193A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- active layer
- sandwich
- film
- layer
- solar cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 30
- 238000003892 spreading Methods 0.000 claims description 16
- 230000007480 spreading Effects 0.000 claims description 16
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 14
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000005022 packaging material Substances 0.000 claims description 6
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 2
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 claims description 2
- HGAZMNJKRQFZKS-UHFFFAOYSA-N chloroethene;ethenyl acetate Chemical compound ClC=C.CC(=O)OC=C HGAZMNJKRQFZKS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 claims description 2
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 2
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 89
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 7
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 74
- 239000000370 acceptor Substances 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 238000013086 organic photovoltaic Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000013087 polymer photovoltaic Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010023 transfer printing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/10—Deposition of organic active material
- H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种三明治构型活性层的有机太阳能电池及其制备方法，从下到上依次包括衬底、透明导电阴极、阴极缓冲层、三明治构型活性层、阳极缓冲层和金属阳极；所述三明治构型活性层由三层活性层组成，三层活性层采用自发生长薄膜法制备、从下到上依次为受体层、混合层和给体层。自发生长薄膜法是将有机溶剂滴加培养皿水性溶液表面，促进有机光活性层材料溶液定向扩散形成光活性层薄膜，三明治构型的活性层相较于传统体异质结结构，具备更加合适的界面接触特性，提高了有机太阳能电池不同功能层之间的电荷载流子传输能力，同时，该构型有效保障了活性层内部载流子的高效传输，因此实现了大幅度提高器件整体性能的目标。
Description
技术领域
本发明属于有机聚合物光伏器件或有机半导体薄膜太阳能电池领域，涉及一种三明治构型活性层的有机太阳能电池及其制备方法。
背景技术
有机太阳能电池中活性层纳米形态的精确控制是与增强电子给体和电子受体之间界面激子解离、电荷载流子的扩散、每个电极的电荷收集及最大化能量转换效率相关的电性能的关键因素。目前，旋转涂覆法是实验室最常见的制膜工艺，然而该工艺并不能均匀制备大面积有机薄膜，且与常规商业化的卷对卷生产工艺也不兼容。此外，商业化生产有机太阳能电池需要考虑到整体制备环境，而目前的实验室制备方式均需要惰性气体氛围，因此，基于空气环境的可加工性也是有机光伏电池商业化的一个关键问题。
另一方面，现有的有机太阳能电池研究方向除了合成具有更好光伏性能的新型活性层材料的分子外，针对器件工程方面的研究是另一个主要途径。在器件工程研究领域中，器件结构方面的优化是最基础、可行的优化方式，从最初仅包含一种有机半导体材料的单层器件，到由电子给体和电子受体组成的双层平异质结结构，发展到最终混合电子给受体两者后实现的体异质结电池，通过改善优化器件结构，能够有效调控有机太阳能电池内部的电荷传输能力，最终实现器件性能的大幅提高(<1％至>17％)，截止目前，体异质结结构仍然是有机太阳能电池器件的主要活性层构型。然而，考虑到电荷载流子在垂直方向上传输和收集特性，现阶段的有机太阳能电池器件需要着重考虑垂直方向的梯度相分布问题，该构型通常是在阳极处富集电子给体、阴极处富集电子受体的三明治结构，是一种比传统体异质结更理想的形态，可以有效减少电荷复合并提高电荷收集效率。但是，体异质结结构形成良好的垂直相分布是一项艰巨的任务。因此如何在体异质结中实现理想的垂直相位分布是一项艰巨的挑战。
发明内容
本发明的目的在于：提供了一种三明治构型活性层的有机太阳能电池及其制备方法，旨在解决体异质结有机太阳能电池器件中活性层相分离不佳造成的光生载流子的分离、传输与界面间传递效率低，最终降低器件性能的问题。进一步的，自发生长薄膜法能够消除传统连续湿法沉积工艺中，使用正交溶剂对活性层兼容性及器件性能带来的负面影响，同时，该方法能够实现快速均匀成膜，且理论上可实现无限次的薄膜转印，便于与传统卷对卷工艺相结合制备多层梯度分布活性层的大面积有机光伏商业化器件。
本发明采用的技术方案如下：
一种三明治构型活性层的有机太阳能电池，从下到上依次包括衬底、透明导电阴极、阴极缓冲层、三明治构型活性层、阳极缓冲层和金属阳极；
所述三明治构型活性层由三层活性层组成，三层活性层采用自发生长薄膜法制备、从下到上依次为受体层、混合层和给体层；
所述自发生长薄膜法是利用水性液体、有机溶液界表面的马兰戈尼效应实现的活性层有机溶液快速扩散自组装成膜法，当有机溶剂滴加培养皿水性溶液表面时，光活性层材料的有机溶液定向扩散形成光活性层薄膜。
进一步地，所述给体层的材料为PM6、受体层的材料为Y6；混合层的材料为混合溶液；混合溶液中PM6和Y6的质量百分比为1:6～6:1，所述混合溶液的浓度为10～30mg/ml；三明治构型活性层厚度范围为100～400nm。
进一步地，所述阴极缓冲层材料为ZnO，厚度范围为30～60nm。
进一步地，所述金属阴极材料为Ag、Al或Au中的一种或多种，薄层厚度范围为100～ 200nm。
进一步地，所述衬底材料为玻璃或透明聚合物，所述透明聚合物材料为聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂或聚丙烯酸的一种或多种。
进一步地，所述有机太阳能电池的面积为0.49～1cm2。
进一步地，制备过程包括以下步骤：
步骤1：对由透明衬底及透明导电阴极ITO所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；
步骤2：在透明导电阴极ITO表面旋转涂覆、印刷或喷涂阴极缓冲层ZnO前驱溶液，并进行热退火；
步骤3：将Y6溶液滴覆在培养皿中超纯水表面，在其自由扩撒成膜后用带有ZnO薄膜的基板将Y6薄膜从水面转印至ZnO薄膜上，并进行热退火
步骤4：将PM6:Y6溶液滴覆在培养皿中超纯水表面，在其自由扩撒成膜后用带有ZnO/Y6 薄膜的基板将混合薄膜从水面转印至Y6薄膜上，并进行热退火
步骤5：将PM6溶液滴覆在培养皿中超纯水表面，在其自由扩撒成膜后用带有混合薄膜的基板将PM6薄膜从水面转印至混合薄膜上，并进行热退火制备成三明治构型活性层；
步骤6：在真空度为3*10-3Pa条件下，在三明治构型活性层表面蒸镀MoO3，制备得到阳极缓冲层；
步骤7：在真空度为3*10-4Pa条件下，蒸镀金属阳极。
进一步地，所述阴极缓冲层热退火温度范围在150～250℃，时间范围为1～2h。
进一步地，所述退火温度范围在200～250℃，时间范围为20～30min。
进一步地，所述热退火采用恒温热台加热、烘箱加热、远红外加热、热风加热的一种或多种。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、三明治构型的活性层相较于传统体异质结结构，具备更加合适的界面接触特性，提高了有机太阳能电池不同功能层之间的电荷载流子传输能力，同时，该构型有效保障了活性层内部载流子的高效传输，因此实现了大幅度提高器件整体性能的目标。
2、自发生长薄膜法利用不同性质溶液界面特性，实现活性层溶液的快速、均匀扩散成膜，同时，由于活性层溶液中添加剂的不同溶解特性，保证添加剂能够快速有效的扩散进水溶液中，实现了对活性层残余添加剂的快速去除，能够有效的提高器件性能。
3、自发生长薄膜法与商业化卷对卷工艺兼容性较高，且该方法制备的薄膜方便转移，该部分特性保证了该方法在商业化堆叠多层薄膜制备环节的巨大潜力，有助于进一步提高商业化有机太阳能电池快速制备的可行性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：
图1是本发明的结构示意图。
图中附图标记为：1-衬底，2-透明导电阴极，3-阳极缓冲层，4-三明治构型活性层，5- 受体层，6-混合层，7-给体层，8-阳极缓冲层，9-金属阳极。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例1(对照组)：
1.对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底及透明导电阴极ITO所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；
2.在透明导电阴极ITO表面旋转涂覆ZnO(6000rpm,60s,30nm)制备阴极缓冲层，并将所形成的薄膜进行热退火处理(200℃,1h)；
3.在阴极缓冲层中心滴覆PM6:Y6混合溶液(22mg/ml)，采用旋转涂覆法制备活性层 (5000rpm,40s,90nm)，并进行退火(100℃,10min)；
4.在光活性层上蒸镀阳极缓冲层MoO3(12nm)；
5.在阳极缓冲层上蒸镀金属阳极Ag(100nm)；
6.在标准测试条件下：AM 1.5,100mW/cm2，测得器件的开路电压(VOC)＝0.84V，短路电流(JSC)＝24.15mA/cm2，填充因子(FF)＝0.70，光电转换效率(PCE)＝14.20％。
实施例2：
1.对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底及透明导电阴极ITO所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；
2.在透明导电阴极ITO表面旋转涂覆ZnO(6000rpm,60s,30nm)制备阴极缓冲层，并将所形成的薄膜进行热退火处理(200℃,1h)；
3.将Y6溶液(10mg/ml)滴覆在培养皿中超纯水表面，在其自由扩撒成膜后用带有ZnO 薄膜的基板将Y6薄膜(15nm)从水面转印至ZnO薄膜上，并进行热退火；
4.将PM6:Y6溶液(22mg/ml)滴覆在培养皿中超纯水表面，在其自由扩撒成膜后用带有 ZnO/Y6薄膜的基板将混合薄膜(60nm)从水面转印至Y6薄膜上，并进行热退火；
5.将PM6溶液(10mg/ml)滴覆在培养皿中超纯水表面，在其自由扩撒成膜后用带有混合薄膜的基板将PM6薄膜(20nm)从水面转印至混合薄膜上，并进行热退火制备成三明治构型活性层；
6.在光活性层上蒸镀阳极缓冲层MoO3(12nm)；
7.在阳极缓冲层上蒸镀金属阳极Ag(100nm)；
8.在标准测试条件下：AM 1.5,100mW/cm2，测得器件的开路电压(VOC)＝0.87V，短路电流(JSC)＝26.71mA/cm2，填充因子(FF)＝0.74，光电转换效率(PCE)＝17.20％。
实施例3：
1.对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底及透明导电阴极ITO所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；
2.在透明导电阴极ITO表面旋转涂覆ZnO(6000rpm,60s,30nm)制备阴极缓冲层，并将所形成的薄膜进行热退火处理(200℃,1h)；
3.将Y6溶液(15mg/ml)滴覆在培养皿中超纯水表面，在其自由扩撒成膜后用带有ZnO 薄膜的基板将Y6薄膜(20nm)从水面转印至ZnO薄膜上，并进行热退火；
4.将PM6:Y6溶液(22mg/ml)滴覆在培养皿中超纯水表面，在其自由扩撒成膜后用带有 ZnO/Y6薄膜的基板将混合薄膜(60nm)从水面转印至Y6薄膜上，并进行热退火；
5.将PM6溶液(10mg/ml)滴覆在培养皿中超纯水表面，在其自由扩撒成膜后用带有混合薄膜的基板将PM6薄膜(20nm)从水面转印至混合薄膜上，并进行热退火制备成三明治构型活性层；
6.在光活性层上蒸镀阳极缓冲层MoO3(12nm)；
7.在阳极缓冲层上蒸镀金属阳极Ag(100nm)；
8.在标准测试条件下：AM 1.5,100mW/cm2，测得器件的开路电压(VOC)＝0.85V，短路电流(JSC)＝25.71mA/cm2，填充因子(FF)＝0.72，光电转换效率(PCE)＝15.73％。
实施例4：
1.对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底及透明导电阴极ITO所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；
2.在透明导电阴极ITO表面旋转涂覆ZnO(6000rpm,60s,30nm)制备阴极缓冲层，并将所形成的薄膜进行热退火处理(200℃,1h)；
3.将Y6溶液(10mg/ml)滴覆在培养皿中超纯水表面，在其自由扩撒成膜后用带有ZnO 薄膜的基板将Y6薄膜(20nm)从水面转印至ZnO薄膜上，并进行热退火；
4.将PM6:Y6溶液(22mg/ml)滴覆在培养皿中超纯水表面，在其自由扩撒成膜后用带有 ZnO/Y6薄膜的基板将混合薄膜(60nm)从水面转印至Y6薄膜上，并进行热退火；
5.将PM6溶液(15mg/ml)滴覆在培养皿中超纯水表面，在其自由扩撒成膜后用带有混合薄膜的基板将PM6薄膜(30nm)从水面转印至混合薄膜上，并进行热退火制备成三明治构型活性层；
6.在光活性层上蒸镀阳极缓冲层MoO3(12nm)；
7.在阳极缓冲层上蒸镀金属阳极Ag(100nm)；
8.在标准测试条件下：AM 1.5,100mW/cm2，测得器件的开路电压(VOC)＝0.85V，短路电流(JSC)＝24.63mA/cm2，填充因子(FF)＝0.73，光电转换效率(PCE)＝15.28％。
实施例5：
1.对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底及透明导电阴极ITO所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；
2.在透明导电阴极ITO表面旋转涂覆ZnO(6000rpm,60s,30nm)制备阴极缓冲层，并将所形成的薄膜进行热退火处理(200℃,1h)；
3.将PM6:Y6溶液(22mg/ml)滴覆在培养皿中超纯水表面，在其自由扩撒成膜后用带有 ZnO/Y6薄膜的基板将混合薄膜(60nm)从水面转印至Y6薄膜上，并进行热退火；
4.在光活性层上蒸镀阳极缓冲层MoO3(12nm)；
5.在阳极缓冲层上蒸镀金属阳极Ag(100nm)；
6.在标准测试条件下：AM 1.5,100mW/cm2，测得器件的开路电压(VOC)＝0.85V，短路电流(JSC)＝23.16mA/cm2，填充因子(FF)＝0.75，光电转换效率(PCE)＝14.76％。
可以看出：通过自发生长薄膜法制备三明治构型活性层的的有机太阳能电池(即实施例 2～4制备而成的有机太阳能电池)，相比于未经处理制备的有机太阳能电池(即实施例1制备而成的有机太阳能电池)，其Jsc变大，FF提高，Voc提升。这是由于活性层内部呈现阳极处富集电子给体，阴极处富集电子受体，中间富集电子给受体相的三明治构型，该构型有利于有机太阳能电池内部的电荷传输及提取特性，有效的同时提高了器件三大特性。
此外，对比传统旋转涂覆工艺制备电池(实施例1)与自发成膜法制备体异质结的有机太阳能电池(实施例5)，可明显发现在相同溶液浓度条件下，自发成膜法制备活性层较薄，但薄膜成膜质量好，因此在器件短路电流减小的同时保障了器件的高填充因子输出。
综合上述分析，自发成膜发制备的具有三明治构型活性层的有机太阳能电池展现出商业化有机光伏器件该具备的特性，表明该方法对有机光伏器件性能有明显提升效果，且对商业化有机太阳能电池的进一步发展具有的重要的理论及实际指导意义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的保护范围，任何熟悉本领域的技术人员在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种三明治构型活性层的有机太阳能电池，其特征在于：从下到上依次包括衬底、透明导电阴极、阴极缓冲层、三明治构型活性层、阳极缓冲层和金属阳极；
所述三明治构型活性层由三层活性层组成，三层活性层采用自发生长薄膜法制备、从下到上依次为受体层、混合层和给体层。
2.根据权利要求1所述的一种三明治构型活性层的有机太阳能电池，其特征在于：所述自发生长薄膜法是将有机溶剂滴加培养皿水性溶液表面，促进有机光活性层材料溶液定向扩散形成光活性层薄膜。
3.根据权利要求1所述的一种三明治构型活性层的有机太阳能电池，其特征在于：所述给体层的材料为PM6、受体层的材料为Y6；混合层的材料为混合溶液；混合溶液中PM6和Y6的质量百分比为1:6～6:1，所述混合溶液的浓度为10～30mg/ml；三明治构型活性层厚度范围为100～400nm。
4.根据权利要求1所述的一种三明治构型活性层的有机太阳能电池，其特征在于：所述阴极缓冲层材料为ZnO，厚度范围为30～60nm。
5.根据权利要求1所述的一种三明治构型活性层的有机太阳能电池，其特征在于：所述金属阴极材料为Ag、Al或Au中的一种或多种，薄层厚度范围为100～200nm。
6.根据权利要求1所述的一种三明治构型活性层的有机太阳能电池及其制备方法，其特征在于：所述衬底材料为玻璃或透明聚合物，所述透明聚合物材料为聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂或聚丙烯酸的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种三明治构型活性层的有机太阳能电池，其特征在于：所述有机太阳能电池的面积为0.49～1cm2。
8.一种三明治构型活性层的有机太阳能电池的制备方法，其特征在于：制备过程包括以下步骤：
步骤1：对由透明衬底及透明导电阴极ITO所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；
步骤2：在透明导电阴极ITO表面旋转涂覆、印刷或喷涂阴极缓冲层ZnO前驱溶液，并进行热退火；
步骤3：将Y6溶液滴覆在培养皿中超纯水表面，在其自由扩撒成膜后用带有ZnO薄膜的基板将Y6薄膜从水面转印至ZnO薄膜上，并进行热退火
步骤4：将PM6:Y6溶液滴覆在培养皿中超纯水表面，在其自由扩撒成膜后用带有ZnO/Y6薄膜的基板将混合薄膜从水面转印至Y6薄膜上，并进行热退火
步骤5：将PM6溶液滴覆在培养皿中超纯水表面，在其自由扩撒成膜后用带有混合薄膜的基板将PM6薄膜从水面转印至混合薄膜上，并进行热退火制备成三明治构型活性层；
步骤6：在真空度为3*10-3Pa条件下，在三明治构型活性层表面蒸镀MoO3，制备得到阳极缓冲层；
步骤7：在真空度为3*10-4Pa条件下，蒸镀金属阳极。
9.根据权利要求8所述的一种三明治构型活性层的有机太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述阴极缓冲层热退火温度范围在150～250℃，时间范围为1～2h；不同活性层的退火温度范围在200～250℃，时间范围为20～30min。
10.根据权利要求8所述的一种三明治构型活性层的有机太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述热退火采用恒温热台加热、烘箱加热、远红外加热、热风加热的一种或多种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110860455.0A CN113629193A (zh) | 2021-07-28 | 2021-07-28 | 一种三明治构型活性层的有机太阳能电池及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110860455.0A CN113629193A (zh) | 2021-07-28 | 2021-07-28 | 一种三明治构型活性层的有机太阳能电池及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113629193A true CN113629193A (zh) | 2021-11-09 |
Family
ID=78381384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110860455.0A Pending CN113629193A (zh) | 2021-07-28 | 2021-07-28 | 一种三明治构型活性层的有机太阳能电池及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113629193A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114583054A (zh) * | 2022-02-18 | 2022-06-03 | 电子科技大学 | 基于水溶液法制备MoO3界面层的有机太阳能电池 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160094621A (ko) * | 2015-02-02 | 2016-08-10 | 동우 화인켐 주식회사 | 수전사용 전도성 전사필름, 이를 이용한 코팅 방법 |
| CN110504371A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-11-26 | 电子科技大学 | 一种基于旋涂工艺的离心辅助光活性层分层的有机太阳能电池及其制备方法 |
| CN110690349A (zh) * | 2019-10-09 | 2020-01-14 | 浙江大学 | 一种基于非富勒烯受体合金的高效三元有机太阳电池 |
| CN111048666A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-04-21 | 上海大学 | 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 |
| CN111162176A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-15 | 电子科技大学 | 一种振荡辅助旋涂工艺制备具有垂直相梯度分布光活性层的有机太阳能电池的制备方法 |
| CN111799379A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-10-20 | 华南师范大学 | 包含有机硅量子点材料的太阳能电池及其制备方法 |
| CN111883659A (zh) * | 2020-08-06 | 2020-11-03 | 浙江大学 | 一种基于逐步沉积法制备的高效三元有机太阳电池 |
| CN111883662A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-11-03 | 电子科技大学 | 一种基于旋转退火工艺的有机太阳能电池及其制备方法 |
| CN112126095A (zh) * | 2020-09-30 | 2020-12-25 | 华中科技大学 | 一种pedot:pss薄膜及其制备方法与应用 |
| CN112542546A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-03-23 | 苏州大学 | 基于紫外吸收剂添加的光活性层及三元有机太阳能电池 |
| CN112802966A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-05-14 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 一种全小分子有机太阳能电池及其制备方法 |
| CN112968130A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-06-15 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 一种柔性太阳能电池器件及其制备方法 |
-
2021
- 2021-07-28 CN CN202110860455.0A patent/CN113629193A/zh active Pending
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160094621A (ko) * | 2015-02-02 | 2016-08-10 | 동우 화인켐 주식회사 | 수전사용 전도성 전사필름, 이를 이용한 코팅 방법 |
| CN110504371A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-11-26 | 电子科技大学 | 一种基于旋涂工艺的离心辅助光活性层分层的有机太阳能电池及其制备方法 |
| CN110690349A (zh) * | 2019-10-09 | 2020-01-14 | 浙江大学 | 一种基于非富勒烯受体合金的高效三元有机太阳电池 |
| CN111048666A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-04-21 | 上海大学 | 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 |
| CN111162176A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-15 | 电子科技大学 | 一种振荡辅助旋涂工艺制备具有垂直相梯度分布光活性层的有机太阳能电池的制备方法 |
| CN111799379A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-10-20 | 华南师范大学 | 包含有机硅量子点材料的太阳能电池及其制备方法 |
| CN111883659A (zh) * | 2020-08-06 | 2020-11-03 | 浙江大学 | 一种基于逐步沉积法制备的高效三元有机太阳电池 |
| CN111883662A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-11-03 | 电子科技大学 | 一种基于旋转退火工艺的有机太阳能电池及其制备方法 |
| CN112126095A (zh) * | 2020-09-30 | 2020-12-25 | 华中科技大学 | 一种pedot:pss薄膜及其制备方法与应用 |
| CN112542546A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-03-23 | 苏州大学 | 基于紫外吸收剂添加的光活性层及三元有机太阳能电池 |
| CN112802966A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-05-14 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 一种全小分子有机太阳能电池及其制备方法 |
| CN112968130A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-06-15 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 一种柔性太阳能电池器件及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| LULU SUN 等: ""Efficient nonfullerene organic solar cells with active layers fabricated by water transfer printing"", vol. 37, pages 220 - 224 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114583054A (zh) * | 2022-02-18 | 2022-06-03 | 电子科技大学 | 基于水溶液法制备MoO3界面层的有机太阳能电池 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108832002B (zh) | 一种基于pva修饰空穴传输层的钙钛矿太阳能电池 | |
| CN109904318B (zh) | 一种基于反溶液浴的钙钛矿薄膜制备方法及太阳能电池 | |
| CN108598268B (zh) | 环境条件下印刷制备平面异质结钙钛矿太阳电池的方法 | |
| CN109713131B (zh) | 一种基于n-i-p结构的有机无机杂化钙钛矿同质结太阳电池 | |
| CN109786555B (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池及制备方法 | |
| CN102024906B (zh) | 一种基于氧化物掺杂有机材料的有机太阳能电池结构 | |
| CN110718632A (zh) | 一种制备大面积钙钛矿层的方法和钙钛矿太阳能电池 | |
| WO2023155562A1 (zh) | 一种卤化钙钛矿太阳能电池及其底界面自生长修饰方法 | |
| CN106601916A (zh) | 基于异质结阴极缓冲层的有机太阳能电池及其制备方法 | |
| CN101567423A (zh) | 一种有机太阳能电池 | |
| CN107623072B (zh) | 电子传输层及其制备方法、钙钛矿电池 | |
| CN113629193A (zh) | 一种三明治构型活性层的有机太阳能电池及其制备方法 | |
| CN111063806B (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN105206746A (zh) | 基于三元溶剂系统的有机薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| CN111162176B (zh) | 一种振荡辅助旋涂工艺制备具有垂直相梯度分布光活性层的有机太阳能电池的制备方法 | |
| CN116801652A (zh) | 一种晶硅钙钛矿叠层太阳能电池及制备方法 | |
| CN103904219A (zh) | 极性溶剂修饰的反型有机薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| CN113644202B (zh) | 一种自发定向成膜法制备的有机太阳能电池及其制备方法 | |
| CN111192964A (zh) | 一种钙钛矿量子点太阳能电池及其制备方法 | |
| CN116056469A (zh) | 基于离子液体界面修饰的钙钛矿太阳能电池 | |
| CN115605063A (zh) | 一种有序多孔碘化铅制备高性能钙钛矿薄膜的方法及应用 | |
| CN103872249A (zh) | 一种极性溶剂修饰的有机薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| CN115148911A (zh) | 一种基于羟基苯硼酸修饰的钙钛矿光伏器件及制备工艺 | |
| CN105591031B (zh) | 一种基于初晶态多孔纳米锗薄膜的双通道并联型有机‑无机复合太阳电池 | |
| CN115206956A (zh) | 碳纳米管互联的钙钛矿/晶硅两端机械叠层太阳电池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |