CN114284434B - 一种葡聚糖或其衍生物作为太阳电池阴极界面修饰层的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于有机/聚合物光伏技术领域，具体涉及一种葡聚糖或其衍生物作为太阳电池阴极界面修饰层的应用。将具有水/醇溶性的葡聚糖或其衍生物通过溶液加工的方法制作在倒置型光伏器件的活性层和阴极之间，达到有效修饰光伏器件阴极的作用，从而提高有机/聚合物光伏器件的填充因子、开路电压和能量转换效率的目的。基于该类葡聚糖或其衍生物的应用，可以获得高光伏性能的有机/聚合物太阳电池器件。

Description

一种葡聚糖或其衍生物作为太阳电池阴极界面修饰层的应用
技术领域
本发明属于有机/聚合物光伏技术领域，具体涉及一种葡聚糖或其衍生物作为太阳电池阴极界面修饰层的应用。
背景技术
有机太阳电池作为一类新型的太阳能转化成电能的技术，因其成本低、制作简单、材料结构多变、重量轻、大面积柔性制备等优点，得到了科学界和产业界的广泛关注。在有机/高分子光伏技术领域，本体异质结结构是被广泛接受和使用的一种器件结构。在本体异质结太阳电池器件的活性层中，其包含了有机或者高分子给体材料和受体材料。目前，众多的给体材料和受体材料被科研工作者开发出来。
另外，在有机/高分子太阳电池领域，倒装聚合物太阳能电池作为传统聚合物太阳能电池的对应物，具有增强器件性能和稳定性的主要优势。随着近年来的快速发展，本体异质结太阳电池的能量转换效率(PCE)已达到17％以上，能量转换效率(PCE)的快速发展得益于新型给电子材料和界面工程的发展，特别是，活性层和阴极层之间的阴极修饰层在本体异质结太阳电池的性能中起着关键作用，因为它们对电子提取过程至关重要。
由于氧化锌具有溶液加工过程简单、电子迁移率相对较高、能级适中以及在整个太阳光谱中具有较高的透光率等优点，氧化锌成为聚合物太阳能电池中使用最广泛的阴极层材料，但是氧化锌在溶液加工过程中容易形成表面缺陷，从而降低其电子迁移率，导致电荷复合并严重降低器件性能。因此，众多研究者研究合成了一系列有机小分子或聚合物材料(聚乙烯亚胺、苝双酰亚胺和聚乙烯吡咯烷酮)作为阴极修饰层去钝化氧化锌的表面缺陷，降低氧化锌功函数，改善其光伏性能。但是，聚乙烯亚胺、苝双酰亚胺和聚乙烯吡咯烷酮等聚合物或小分子材料成本较高、且污染环境。
发明内容
本发明提供了一种葡聚糖或其衍生物作为太阳电池阴极界面修饰层的应用。将葡聚糖或其衍生物用于倒置型有机/聚合物太阳电池器件的阴极界面修饰层；其厚度为1～20纳米。
阴极界面修饰层是通过溶液加工的方法制作在倒置型光伏器件的活性层和阴极层之间；葡聚糖或其衍生物溶液的浓度为0.1～1mg/ml。主要目的为优化金属氧化物的功函，改善器件中的短路电流与填充因子。
溶解葡聚糖或其衍生物的溶剂为水。
完成葡聚糖及其衍生物薄膜的制备后，需用醇类或酮类溶液萃取薄膜上的残余溶剂，并静置1～100分钟。
活性层为具有电子给体材料和电子受体材料的本体异质结结构薄膜层；其中电子给体材料选自于宽带隙或中等带隙聚合物给体；电子受体材料选自富勒烯或者富勒烯衍生物、窄带隙有机小分子或聚合物受体。活性层中的给体电子材料与受体电子材料的质量比介于10:0.1～0.1:10。
阴极层为氧化锌薄膜、氧化钛薄膜、碳酸铯、氧化铝等金属氧化物薄膜。完成葡聚糖及其衍生物薄膜的制备后，需用醇类或酮类溶液萃取其薄膜上的残余溶剂，并静置1～100分钟。
有益效果：
采用葡聚糖及其衍生物作为有机/聚合物太阳电池器件的阴极修饰层，葡聚糖及其衍生物可以从天然作物中提取，也可人工合成，并且具备价格低廉、绿色环保等优势，同时葡聚糖及其衍生物薄膜可以钝化氧化锌表面缺陷，降低电荷复合概率，使制备的电池器件性能表现优。
附图说明：
图1基于全聚合物太阳能电池，葡聚糖作为阴极界面修饰层的电压-电流密度曲线；
图2基于全聚合物太阳能电池，葡聚糖作为阴极界面修饰层的外量子效率曲线；
图3基于全聚合物太阳能电池，葡聚糖作为阴极界面修饰层的有效电压-净光电流密度曲线；
图4基于聚合物给体、小分子受体太阳能电池，葡聚糖作为阴极界面修饰层的电压-电流密度曲线；
图5基于聚合物给体、小分子受体太阳能电池，葡聚糖作为阴极界面修饰层的外量子效率曲线。
图6基于聚合物给体、富勒烯受体太阳能电池，葡聚糖作为阴极界面修饰层的电压-电流密度曲线；
具体实施方式
下面结合实施例对本发明所提出的有机/聚合物光伏器件进行说明，本发明并不限于此例。
实施例1基于N2200聚合物受体的倒置聚合物太阳电池器件制备
Figure BDA0003409691280000041
将ITO导电玻璃，依次用微米级半导体专用洗涤剂(迪康Decon90清洁剂)、去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗，氮气吹干后置于烘箱备用。
(1)使用前将ITO玻璃片紫外臭氧处理15分钟；
(2)在处理后的ITO上用匀胶机以3000转每分钟旋涂氧化锌，台阶仪测试厚度约为35纳米，成膜后置于220℃下30分钟；
(3)将溶于水的葡聚糖溶液(浓度分别为0.1mg/ml，0.3mg/ml，0.5mg/ml，0.7mg/ml，0.9mg/ml)通过旋涂的方式制作在步骤(2)的氧化锌薄膜上，成膜后用醇类或酮类溶液萃取其残余溶剂并静置1分钟，测得最佳膜厚为8纳米；
(4)给体材料PBDB-T与受体材料N2200的质量比为1:0.5，在氯苯中溶解(含有0.5％体积比的1,8-二典辛烷)，混合成溶液(总浓度为10.5mg/ml)。在氮气氛围的手套箱中，在步骤(3)覆盖有阴极修饰层的氧化锌上旋涂聚合物给体与聚合物受体的混合薄膜，通过调节转速，得到活性层膜厚为100纳米；
(5)完成活性层旋涂后，将上述带有阴极层、阴极修饰层和活性层的玻片置入镀膜机中，蒸镀厚度为5纳米的氧化钼和100纳米的银电极。所有制备过程均在提供氮气保护的手套箱内进行。最终获得具有ITO/ZnO/葡聚糖/PBDB-T:N2200(100纳米)/MoO3(5纳米)/Ag(100纳米)的倒置光伏器件。
器件的电流－电压特性，由Newport电流电压源－测量系统及一个经校正的硅光二极管测得。
表1葡聚糖作为阴极界面修饰层的聚合物受体太阳电池的性能参数
Figure BDA0003409691280000051
由表1、图1可知，本发明制备的倒置有机/聚合物太阳电池，通过加入阴极界面修饰层，调节葡聚糖的浓度，聚合物太阳电池能量转化效率得到明显提升。当葡聚糖浓度增大到0.5毫克每毫升，薄膜厚度为8纳米时，短路电流增至13.12毫安每平方厘米，相应地，能量转化效率达到最高。由此说明葡聚糖可以有效修饰全聚合物太阳能电池阴极界面。
全聚合物太阳电池的外量子效率如图2所示，能明显观察到外量子效率趋势与电流密度变化一致。当葡聚糖浓度增大到0.5毫克每毫升时，外量子效率最高。
从图3净光电流密度曲线也可看出，饱和电流密度达到最大时的葡聚糖浓度为0.5毫克每毫升。
实施例2基于IT-4F有机小分子受体的倒置聚合物太阳电池器件制备
Figure BDA0003409691280000061
将ITO导电玻璃，依次用半导体专用洗涤剂、去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗，氮气吹干后置于烘箱备用。
器件制备过程与实施例1一致，其中活性层给体材料使用宽带隙的共轭聚合物给体PM6(购置于百灵威公司)，受体使用吸收红移的小分子材料IT-4F(购置于百灵威公司)，它们的质量比为1:1，在氯苯中溶解(含有0.75％体积比的1,8-二典辛烷)，混合成一定比例的混合溶液(总浓度为20mg/ml)。
在氮气氛围的手套箱中，在氧化锌薄膜或葡聚糖薄膜上旋涂聚合物给体PM6与有机小分子受体IT-4F的混合薄膜，通过调节转速，得到最佳器件效率的活性层膜厚为100纳米。最终获得具有ITO/ZnO/葡聚糖/PM6:IT-4F(100纳米)/MoO3(5纳米)/Ag(100纳米)的倒置光伏器件。器件的电流－电压特性，由Newport电流电压源－测量系统及一个经校正的硅光二极管测得。
表2葡聚糖作为阴极界面修饰层的小分子受体太阳电池的性能参数
Figure BDA0003409691280000062
Figure BDA0003409691280000071
由表2可知，本发明制备的倒置有机/聚合物太阳电池，通过加入阴极界面修饰层，调节聚葡糖糖的浓度，聚合物给体小分子受体太阳电池能量转化效率得到明显提升。在葡聚糖浓度为0.5毫克每毫升，薄膜厚度为8纳米时，聚合物给体小分子受体太阳电池达到最高能量转化效率。
通过图4、图5可以看出，外量子效率变化趋势与电流密度变化趋势一致，在浓度为0.5毫克每毫升的葡聚糖溶液，能够发现外量子效率也达到最大。因此说明葡聚糖可以有效修饰聚合物给体小分子受体太阳能电池的阴极界面。
实施例3基于PC71BM富勒烯受体的倒置聚合物太阳电池器件制备
Figure BDA0003409691280000072
器件制备过程与实施例1一致，其中活性层给体材料使用窄带隙的共轭聚合物给体PTB7-Th(购置于百灵威公司)，受体使用富勒烯受体PC71BM(购置于百灵威公司)，它们的质量比为1:1.5，在氯苯中溶解(含有3％体积比的1,8-二典辛烷)，混合成一定比例的混合溶液(总浓度为25mg/ml)。最后在氮气氛围的手套箱中，旋涂窄带隙聚合物给体PTB7-Th与富勒烯受体PC71BM的混合薄膜，通过调节转速，得到最佳器件效率的活性层膜厚为100纳米。最终获得具有ITO/ZnO/葡聚糖/PTB7-Th:PC71BM(100纳米)/MoO3(5纳米)/Ag(100纳米)的倒置光伏器件。器件的电流－电压特性，由Newport电流电压源－测量系统及一个经校正的硅光二极管测得。
表3葡聚糖作为阴极界面修饰层的富勒烯受体太阳电池的性能参数
Figure BDA0003409691280000081
由表3、图6可知，本发明制备的倒置有机/聚合物太阳电池，通过加入阴极界面修饰层，钝化氧化锌表面缺陷，聚合物给体富勒烯受体太阳电池能量转化效率得到明显提升。在葡聚糖浓度为0.5毫克每毫升，薄膜厚度为8纳米时，聚合物给体富勒烯受体太阳电池达到最高能量转化效率。
实施例4葡聚糖衍生物硫酸葡聚糖钠盐在倒置太阳能电池中的应用
器件的制备过程与实施例1一致，其中将溶于水的葡聚糖衍生物硫酸葡聚糖钠盐溶液(浓度分别为0.1mg/ml，0.3mg/ml，0.5mg/ml，0.7mg/ml，0.9mg/ml)通过旋涂的方式制作氧化锌薄膜上，成膜后用醇类或酮类溶液萃取其残余溶剂并静置1分钟；由台阶仪测得最佳膜厚为8纳米。最后在充满氮气的手套箱中完成PBDB-T:N2200的旋涂，氧化钼与银电极的蒸镀。得到器件结构为ITO/ZnO/硫酸葡聚糖钠盐/PBDB-T:N2200(100纳米)/MoO3(5纳米)/Ag(100纳米)的倒置聚合物太阳能电池。器件的电流－电压特性，由Newport电流电压源－测量系统及一个经校正的硅光二极管测得。
表4硫酸葡聚糖钠盐作为阴极界面修饰层的全聚合物太阳电池的性能参数
Figure BDA0003409691280000091
由表4可知，本发明制备的倒置有机/聚合物太阳电池，通过加入硫酸葡聚糖钠盐阴极界面修饰层，改善氧化锌的表面缺陷，在硫酸葡聚糖钠盐浓度为0.5毫克每毫升，膜厚为8纳米时，全聚合物(PBDB-T:N2200)太阳电池能量转化效率达到最佳。因此，葡聚糖衍生物硫酸葡聚糖钠盐作为有机/聚合物太阳电池的阴极修饰层，可以有效的改善氧化锌薄膜的表面缺陷，降低氧化锌功函数与电荷重组，提高光伏器件性能。
由实施例1-4可知，本发明将葡聚糖及其衍生物作为阴极修饰层，应用在全聚合物与聚合物小分子体系中，葡聚糖及其衍生物可以有效改善阴极层氧化锌的表面缺陷，增加阴极层与活性层的相容性，降低阴极层功函数并减小电荷复合概率，提高有机/聚合物太阳电池的短路电流与填充因子，从而获得更好的器件性能。

Claims (2)

1.一种葡聚糖或其衍生物作为阴极界面修饰层的应用，其特征在于，所述葡聚糖或其衍生物用于倒置型有机/聚合物太阳电池器件的阴极界面修饰层，其厚度为6～13纳米；葡聚糖或其衍生物溶液的浓度为0.3～0.9mg/ml；
所述阴极界面修饰层是通过溶液加工的方法制作在倒置型光伏器件的活性层和阴极层之间；
所述活性层为具有电子给体材料和电子受体材料的本体异质结结构薄膜层；活性层厚度100纳米；
其中，电子给体材料选自于宽带隙或中等带隙聚合物给体，具体结构如下：
Figure FDA0004161752970000011
电子受体材料选自富勒烯或者富勒烯衍生物、窄带隙有机小分子或聚合物受体，具体结构如下：
Figure FDA0004161752970000012
所述阴极层为氧化锌薄膜。
2.根据权利要求1所述的葡聚糖或其衍生物作为阴极界面修饰层的应用，其特征在于：溶解葡聚糖或其衍生物的溶剂为水，完成葡聚糖及其衍生物薄膜的制备后，需用醇类或酮类溶液萃取薄膜上的残余溶剂，并静置1～100分钟。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105355791A (zh) * 2015-11-01 2016-02-24 华南理工大学 一种水/醇溶型非共轭聚合物界面材料及其有机太阳电池器件与制备方法
CN110620184A (zh) * 2019-09-03 2019-12-27 常州大学 一种以天然植物纤维素或其衍生物作为阴极界面修饰层的有机/聚合物太阳电池器件

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102604048B (zh) * 2012-02-29 2014-04-02 华南理工大学 含氧化胺基团的共轭聚合物光电材料及其应用
CN108767118B (zh) * 2018-06-19 2019-10-29 南京邮电大学 一种三元全聚合物太阳能电池
CN109100340B (zh) * 2018-08-23 2020-10-16 浙江理工大学 一种硫化镉量子点修饰的可植入传感器的制备方法
TWI740188B (zh) * 2019-08-08 2021-09-21 位速科技股份有限公司 電極介面層材料、兩性離子聚合物和有機光伏元件

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105355791A (zh) * 2015-11-01 2016-02-24 华南理工大学 一种水/醇溶型非共轭聚合物界面材料及其有机太阳电池器件与制备方法
CN110620184A (zh) * 2019-09-03 2019-12-27 常州大学 一种以天然植物纤维素或其衍生物作为阴极界面修饰层的有机/聚合物太阳电池器件

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