一种界面修饰有机太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种界面修饰有机太阳能电池及其制备方法；所述有机太阳能电池包括依次层叠设置的阴极基底、电子传输层、活性层、空穴传输层和阳极层，其中电子传输层为表面修饰了生物材料的ZnO薄膜；所述生物材料为咖啡酸C9H8O4、阿魏酸C

【技术实现步骤摘要】
一种界面修饰有机太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池领域，具体涉及一种界面修饰有机太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]有机太阳能电池由于其原料来源广、加工容易、易于进行物理与化学改性、电池器件结构多样、价格便宜、环境友好等优点而受到广泛关注。但有机太阳能电池与传统无机硅太阳能电池相比，有机太阳能电池在光电转换效率较低，这限制了其进一步发展。
[0003]有机太阳能电池工作原理为：(1)光透过ITO电极照到活性层上，活性层吸收光子产生激子；激子扩散到给体/受体界面处；(2)受体中的激子将空穴转移到给体上，给体中的激子将电子转移到受体上，进而实现电荷分离；(3)电子和空穴分别顺着受体与给体向阴极与阳极扩散；(4)电子和空穴在电极/活性层界面上分别被阴极和阳极收集，并由此产生光电流和光电压。
[0004]界面层材料包括电子传输层材料和空穴传输层材料。电子传输层材料最为常用的为ZnO。ZnO是宽禁带(3.3eV)的n型半导体材料，表现出较高的电子迁移率、透光率和稳定性等优点在可见光范围内光透射率高达90％，是一种优质的太阳能电池透明电极。然而ZnO薄膜中存在本征施主缺陷，比如间隙Zn原子、O空位等，使得ZnO薄膜天然呈弱n型导电，因此ZnO薄膜的电阻率一般较高。对此人们发现通过掺杂、表面修饰等方法，可以有效地提高器件性能。如Mi
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Hyae Park等人报道了使用Cs掺杂的TiO2阴极界面修饰层，Cs的掺杂促进TiO2形成了更加稳定的纳米结构，从而提升了器件的稳定性，另外也优化了TiO2的功函数，更加有利于电子的传输；Jen课题组使用ZnO/C60
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SAMs作为电子传输层，提高界面激子分离效率、钝化材料表面缺陷态和优化有机层形态，提高电池效率；Lim课题组使用ZnO/SWCNT作电子传输层，提高了载流子迁移率，增大界面的粗糙程度，从而提高了电池效率。Cao课题组使用PFN表面修饰ZnO，可以有效地降低阴极的功函数，提高电子的传输和收集效率，进而提高器件效率；Zhou使用半胱氨酸修饰ZnO纳米颗粒，极大的调节ZnO纳米颗粒的自组装，并在界面处形成偶极有效降低ZnO表面功函数。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种用生物材料C9H8O4、C
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O4、C
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H
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O4分别表面修饰ZnO薄膜为电子传输层的有机太阳能电池及其制备方法，一种可以提高光电光电转换效率的界面修饰有机太阳能电池。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种界面修饰有机太阳能电池，包括依次层叠设置的阴极基底01、电子传输层02、活性层03、空穴传输层04和阳极层05，其中电子传输层02为表面修饰了生物材料的ZnO薄膜；所述生物材料为咖啡酸C9H8O4、阿魏酸C
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H
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O4、3，4
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二甲氧基肉桂酸C
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H
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O4中的一种。
[0008]优选的，所述阴极基底为铟锡氧化物玻璃(ITO)。
[0009]优选的，所述电子传输层厚度为30～40nm。
[0010]优选的，所述活性层为P3HT:PCBM，活性层的厚度为150
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200nm。
[0011]优选的，所述空穴传输层为MoO
x
，其厚度为1～3nm；进一步优选的，所述空穴传输层为MoO
x
，其厚度为2～3nm；
[0012]优选的，所述阳极层为银，厚度为80～100nm。
[0013]上述的界面修饰有机太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
[0014]步骤一、清洗阴极基底，并对所述阴极基底表面进行表面处理；
[0015]步骤二、在步骤一所述表面处理过的阴极基底表面依次旋涂电子传输层、活性层；所述电子传输层包括ZnO与生物材料；
[0016]步骤三、在步骤二所述的活性层表面依次蒸镀空穴传输层以及阳极层，制得界面修饰有机太阳能电池。
[0017]优选的，所述步骤一中，所述阴极基底清洗包括：首先依次用洗洁精、去离子水、丙酮、无水乙醇、异丙醇各超声清洗15
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20分钟；随后在80～90℃真空干燥箱中烘干；所述表面处理为7～10分钟的等离子表面处理。
[0018]优选的，所述步骤二中，电子传输层的制备包括：将乙酸锌溶于乙二醇甲醚与乙醇胺(稳定剂)的混合溶液中，其中混合溶液中乙醇胺的体积分数为2.8～3％，配置成乙酸锌的质量浓度为1g/ml的ZnO前驱体溶液；再将生物材料溶于乙醇溶液中，搅拌2～4小时，搅拌后用0.22μm的有机过滤头过滤，得生物材料溶液；将所述ZnO前驱体溶液旋涂在所述阴极基底表面上，转速为4000～500r.p.m，时间为40～50s；将旋涂完ZnO前驱体溶液的阴极基底进行退火处理，温度为180～200℃，时间为60～100分钟；待其冷却后，在ZnO表面旋涂生物材料溶液，转速为4000～5000r.p.m，时间为40～50s；将器件置于80～90℃的真空干燥箱中干燥20～30min。
[0019]优选的，所述生物材料溶液中生物材料浓度为0.01～0.5mg/mL。
[0020]优选的，所述步骤二中，活性层为P3HT:PCBM，活性层制备包括：将P3HT和PCBM溶于邻二氯苯中，其中P3HT:PCBM质量比为1:1，P3HT浓度为20mg/ml，搅拌12～14小时；搅拌后用0.22μm的有机过滤头过滤；最后在电子传输层表面上旋涂活性层溶液，转速为1000～1500r.p.m，时间为40～50s；所述活性层旋涂完成后放置4～6小时自然晾干，随后以120～130℃退火处理7～10分钟。
[0021]本专利技术的界面修饰有机太阳能电池，通过在ZnO表面修饰一层生物材料。首先，C9H8O4具有良好的粘性，能够很好的吸附在ZnO表面；其次，C9H8O4、C
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O
4、
C
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O4均含有相同的官能团
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COO
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，所含有的羧基可以和ZnO表面游离的羟基结合，形成有效的电子通道，更有利于电子从活性层传输到电子传输层，苯环上的酚羟基O原子带有大量的负电荷，对电荷传输有贡献，能够有效的提高载流子浓度；最后，通过改变苯环上的官能团，改变其供电子能力，进而改变其对电荷传输贡献的大小。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0023]经过所述生物材料修饰ZnO薄膜后，ZnO表面缺陷态降低，有效减少了器件的漏电流以及能够有效地抑制载流子的复合；器件性能得以提升，主要体现在有效的提升了短路电流密度以及填充因子。
附图说明
[0024]图1为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种界面修饰有机太阳能电池，其特征在于，包括依次层叠设置的阴极基底(01)、电子传输层(02)、活性层(03)、空穴传输层(04)和阳极层(05)，其中电子传输层(02)为表面修饰了生物材料的ZnO薄膜；所述生物材料为咖啡酸C9H8O4、阿魏酸C
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O4、3，4
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二甲氧基肉桂酸C
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O4中的一种。2.根据权利要求1所述的界面修饰有机太阳能电池，其特征在于，所述阴极基底为铟锡氧化物玻璃。3.根据权利要求1所述的界面修饰有机太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层厚度为30～40nm。4.根据权利要求1所述的界面修饰有机太阳能电池，其特征在于，所述活性层为P3HT:PCBM，活性层的厚度为150
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200nm。5.根据权利要求1所述的界面修饰有机太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层为MoO
x
，其厚度为2～3nm；所述阳极层为银，厚度为80～100nm。6.权利要求1
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5任一项所述的界面修饰有机太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、清洗阴极基底，并对所述阴极基底表面进行表面处理；步骤二、在步骤一所述表面处理过的阴极基底表面依次旋涂电子传输层、活性层；所述电子传输层包括ZnO与生物材料；步骤三、在步骤二所述的活性层表面依次蒸镀空穴传输层以及阳极层，制得界面修饰有机太阳能电池。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，所述阴极基底清洗包括：首先...

【专利技术属性】
技术研发人员：於黄忠，杨宋，孙亚鹏，黄金珍，黄承稳，王键鸣，张健开，谭靖宇，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：