一种有机太阳电池及其有机-无机异质界面调控方法技术

本发明专利技术公开了一种有机太阳电池及其有机

【技术实现步骤摘要】
一种有机太阳电池及其有机
‑
无机异质界面调控方法


[0001]本专利技术属于能源材料领域，尤其涉及一种有机太阳电池及其有机
‑
无机异质界面调控方法。

技术介绍

[0002]有机
‑
无机异质界面的电荷提取严重影响光电子学器件的整体性能，尤其是有机太阳电池。近年来有机太阳电池发展迅速，光电转换效率达到近19％(Li C,Zhou J,Song J,et al.Nat.Energy.2021；6:605
‑
613.doi:10.1038/s41560
‑
021
‑
00820
‑
x；Meng H,Liao C,Deng M,Xu X,Yu L,Peng Q.Angew.Chem.Int.Ed.2021.doi:10.1002/anie.202110550；Cui Y,Xu Y,Yao H,et al.Adv.Mater.2021:e2102420.doi:10.1002/adma.202102420)，但是实现其产业化仍然需要研究者们的努力。金属氧化物纳米粒子作为一种成本低，可在低温条件下大规模加工的电子传输材料，有利于实现有机太阳电池的效率
‑
稳定性
‑
成本的平衡。
[0003]但是，金属氧化物纳米粒子，例如氧化锌纳米粒子具有大量的表界面缺陷态，与高性能非富勒烯受体能级不匹配，导致了界面处载流子的严重复合；同时，氧化锌纳米粒子易在溶液中聚集，影响其加工性和导电率；此外，氧化锌纳米粒子的光催化活性会造成有机活性层的降解。这些问题严重制约了有机活性层与金属氧化物纳米粒子之间形成的有机
‑
无机异质界面的电荷输运，从而影响有机太阳电池的效率和稳定性。因此，开发性质优异的金属氧化物纳米粒子，调控有机
‑
无机异质界面对实现低成本高性能的有机太阳电池至关重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术不足，并提供一种一种有机太阳电池及其有机
‑
无机异质界面调控方法。
[0005]本专利技术所采用的具体技术方案如下：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种有机
‑
无机异质界面调控方法，具体如下：将有机共轭分子和金属氧化物纳米粒子共混于有机溶剂中，充分搅拌使金属氧化物纳米粒子钝化，得到分散液；将所述分散液经旋涂后得到的薄膜进行低温退火，实现有机
‑
无机异质界面的调控；
[0007]所述有机共轭分子为4
‑
甲氧基苯甲酸(4
‑
methoxybenzoic acid)、4
‑
己氧基苯甲酸(4
‑
(hexyloxy)benzoic acid)或4
‑
(2
‑
(2
‑
甲氧基乙氧基)乙氧基)苯甲酸(4
‑
(2
‑
(2
‑
methoxyethoxy)ethoxy)benzoic acid)中的一种，其结构式分别如下：
[0008][0009]作为优选，所述有机共轭分子与金属氧化物纳米粒子的质量投料比为1:(5
‑
20)，钝化反应时间为6
‑
24h；所述分散液中金属氧化物纳米粒子的浓度为1
‑
100mg mL
‑1。
[0010]作为优选，所述有机溶剂为醇类溶剂、含卤溶剂或非卤溶剂中的一种。
[0011]作为优选，所述低温退火过程中，温度为20
‑
200℃，退火时间为1
‑
100min。
[0012]作为优选，所述金属氧化物纳米粒子为氧化锌纳米粒子，制备方法具体如下：
[0013]在干燥反应条件下，将二水合醋酸锌搅拌溶解在甲醇中，加热后，加入氢氧化钾的甲醇溶液，得到反应液；将所述反应液进行加热回流反应，随后静置冷却至固体完全沉淀，用甲醇洗涤沉淀出的固体产物，得到氧化锌纳米粒子。
[0014]进一步的，所述制备方法中，每1mmol的二水合醋酸锌加入9
‑
9.5mL的甲醇，每1mmol的氢氧化钾加入2
‑
2.5mL的甲醇；制备所述反应液时的加热温度为60
‑
80℃；所述加热回流反应的温度为60
‑
80℃，反应时间为3h。
[0015]第二方面，本专利技术提供了一种基于金属氧化物的有机太阳电池，包括由下至上依次呈层状排布的基底、透明电极层、空穴传输层、活性层、电子传输层和金属电极层；所述电子传输层采用如第一方面任一所述有机
‑
无机异质界面调控方法制得。
[0016]作为优选，所述活性层为有机电子给体材料和有机电子受体材料的共混膜；所述有机电子给体材料为PM6；所述有机电子受体材料为Y6或BO
‑
4Cl或BO
‑
4Cl和Y6
‑
1O组合中的一种。
[0017]作为优选，所述基底材料为玻璃、石英、柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或柔性聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)中的一种。
[0018]作为优选，所述电子传输层的厚度为5
‑
300nm。
[0019]本专利技术提供的有机太阳电池的制备过程具体如下：
[0020]1)基底+透明电极层的制备：将表面刻蚀有条状氧化铟锡ITO(阴极)的透明导电玻璃依次用清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡清洗30分钟后，用氮气流干燥，再用紫外、臭氧等离子体处理10分钟。
[0021]2)空穴传输层的制备：将PEDOT：PSS(Baytron P AI4083)溶液以4500rpm的转速旋涂于ITO表面，并在170℃下退火20分钟，然后转移至手套箱中。
[0022]3)活性层的制备：当活性层溶液为PM6/Y6(16.5mg mL
‑1氯仿溶液,重量比1：1.2，0.5％CN)时，将活性层溶液以3000rpm的转速旋涂于空穴传输层上，并在90℃下退火7分钟；当活性层溶液为PM6/BO
‑
4Cl(16.5mg mL
‑1氯仿溶液,重量比1：1.2，0.35％DIO)时，将活性层溶液以3000rpm的转速旋涂于空穴传输层上，并在90℃下退火7分钟；当活性层溶液为PM6/BO
‑
4Cl/Y6
‑
1O(16.5mg mL
‑1氯仿溶液,重量比1:0.9:0.3，0.25％DIO)时，将活性层溶液以3000rpm的转速旋涂于空穴传输层上，并在90℃下退火7分钟。
[0023]4)电子传输层的制备：在活性层上以3000rpm的转速旋涂5mg mL
‑1的SAM(self
‑
assemble monolayers，自组装单分子层)钝化后的氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机
‑
无机异质界面调控方法，其特征在于，具体如下：将有机共轭分子和金属氧化物纳米粒子共混于有机溶剂中，充分搅拌使金属氧化物纳米粒子钝化，得到分散液；将所述分散液经旋涂后得到的薄膜进行低温退火，实现有机
‑
无机异质界面的调控；所述有机共轭分子为4
‑
甲氧基苯甲酸、4
‑
己氧基苯甲酸或4
‑
(2
‑
(2
‑
甲氧基乙氧基)乙氧基)苯甲酸中的一种，其结构式分别如下：2.根据权利要求1所述的有机
‑
无机异质界面调控方法，其特征在于，所述有机共轭分子与金属氧化物纳米粒子的质量投料比为1:(5
‑
20)，钝化反应时间为6
‑
24h；所述分散液中金属氧化物纳米粒子的浓度为1
‑
100mg mL
‑1。3.根据权利要求1所述的有机
‑
无机异质界面调控方法，其特征在于，所述有机溶剂为醇类溶剂、含卤溶剂或非卤溶剂中的一种。4.根据权利要求1所述的有机
‑
无机异质界面调控方法，其特征在于，所述低温退火过程中，温度为20
‑
200℃，退火时间为1
‑
100min。5.根据权利要求1所述的有机
‑
无机异质界面调控方法，其特征在于，所述金属氧化物纳米粒子为氧化锌纳米粒子，制备方法具体如下：在干燥反应条件下，将二水合醋...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昌治，陶洋丹，刘浩燃，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：