一种复合透明电极及包含此电极的有机太阳能电池制造技术

本发明专利技术公开了一种以超薄铝膜修饰的AZO复合透明电极及以此透明电极制备的有机太阳能电池。在高真空下，采用薄膜沉积技术在AZO基底上沉积一层超薄铝膜，以此调节AZO导电玻璃的功函数，使其成为收集电子的阴极。其中所述超薄铝膜的厚度大约在0.5～5nm之间。本发明专利技术使用AZO取代传统的导电玻璃ITO，降低了器件的成本，同时采用超薄铝膜电极修饰层，避免了使用复杂的电极修饰材料，工艺相对简单，有利于实现大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种复合透明电极及包含此电极的有机太阳能电池
本专利技术属于有机光伏器件领域，具体涉及一种超薄铝膜修饰的AZO复合透明电极及由该透明电极制备的反式结构有机太阳能电池。
技术介绍
氧化铟锡（ITO）是目前广泛采用的有机太阳能电池透明电极材料。但是随着市场需求的不断扩大，铟的全球供应短缺，人们在不断地寻求可以取代ITO作为透明电极的材料，例如碳纳米管、石墨烯、金属氧化物等。ZnO掺杂第三主族元素（Al，Ga）已经被研究用作低成本的透明导电氧化物。ZnO是一种宽帯隙（3.3eV）的n型半导体材料，可通过激光脉冲沉积、化学气相沉积、喷雾热解法和磁控溅射等方法制备。ZnO掺杂Al（AZO）具有较高的电导率，近红外及可见光区域透过率较高，因此在有机太阳能电池中表现出很好的应用前景。传统结构的有机太阳能电池包含一个空穴收集的透明底电极和一个电子收集的顶电极。底电极通常由聚3,4-乙撑氧噻吩：聚（对苯乙烯磺酸）根阴离子（PEDOT:PSS）薄膜修饰。由于PEDOT:PSS其本身具有较强的酸性，会腐蚀导电氧化物表面，使其表面粗糙度增加，导致串联电阻增大，器件效率降低。此外，传统结构器件采用低功函的金属作为顶电极，极其容易氧化，降低了器件的稳定性。反式结构器件的出现解决了以上的问题。反式结构器件的关键在于要建立一个低功函的能促进电子收集的底电极。通常采用的方法是对底电极进行修饰，使其成为收集电子的阴极。目前，改善电子收集的阴极修饰方法主要是在透明导电衬底上沉积半导体金属氧化物，如ZnO，TiOx。在一些文献报道中，也有人采用超薄的绝缘层（如Cs2CO3，PEO）和共轭聚电解质来修饰ITO以降低其功函。然而，阴极的修饰会使器件制备工艺复杂化，增加了器件的制备成本，不利于实现产业化。进一步降低器件制备成本，简化制备工艺，提高器件的稳定性，是有机光伏器件产业化的关键。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种超薄铝膜修饰的AZO复合透明电极，其不仅采用AZO取代成本较高的ITO电极，同时超薄铝膜修饰工艺简单，成本低。为实现以上专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：在一个实施例中，提出了一种制备超薄铝膜修饰的AZO复合透明电极的方法，包括以下步骤：（1）将AZO透明导电玻璃依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，氮气吹干后置于电热鼓风干燥箱中烘干；(2)将所述AZO玻璃放入真空镀膜机中，以纯度大于99.999％的铝丝作为蒸发源，对腔体抽真空，当真空度达到2×10-4Pa以下时，以0.3A/s的速率蒸镀超薄铝膜；其中，铝膜的厚度通过膜厚监控仪监控，调节铝膜的厚度以改变AZO复合透明电极的功函数，使其和有机材料能级匹配。在另一实施例中，提出了一种由上述方法制备的超薄铝膜修饰的AZO复合透明电极，所述复合透明电极由玻璃基底、AZO导电薄膜和超薄铝膜组成。在又一实施例中，提出了一种制备包含超薄铝膜修饰的AZO复合透明电极的有机太阳能电池器件的方法，包括以下步骤：（1）将活性层材料溶于1毫升邻二氯苯溶剂中，在磁力搅拌器上60℃搅拌充分，使其完全溶解，使用前以0.22微米的过滤膜过滤；（2）按照上述方法在AZO透明导电玻璃上沉积预定厚度的超薄铝膜，之后直接旋涂活性层，采用匀胶机以600转/分钟的转速旋转30s，之后放入培养皿中溶剂退火直至活性层薄膜变干，用表面轮廓仪测定活性层膜厚；（3）将旋涂有活性层的基片放置在加热台上，150℃加热退火十分钟，使给体受体材料形成有效的相分离；（4）在真空镀膜机中依次蒸镀MoO3和Al电极，厚度分别为25nm和100nm，最终制备出器件结构为AZO/超薄铝膜/活性层/MoO3/Al的太阳能电池器件。与现有技术相比，本专利技术的技术效果体现在：（1）本专利技术所采用的AZO透明电极可市场购买，也可实验室制备，来源广泛。（2）本专利技术所提出的超薄铝膜修饰方法工艺简单，可在AZO沉积之后立即制备，无需任何表面处理，容易实现卷对卷连续生产，同时以此电极制备反式结构器件，避免了采用复杂的电极修饰层，简化了器件制备工艺。（3）本专利技术中的AZO复合透明电极可通过调节超薄铝膜的厚度来改变其功函数，从而使其和有机材料能级匹配，更好地促进电子的传输和收集。（4）以本专利技术提出的AZO复合透明电极为底电极制备反式结构有机太阳能电池，避免了采用酸性的PEDOT:PSS和低功函的金属，提高了器件的稳定性。附图说明图1为本专利技术所述超薄铝膜修饰的AZO复合透明电极的结构示意图。图2为实施例2-7和对比例1中制备的有机太阳能电池在100mW/cm2氙灯照射下测得的光伏特性曲线。图3为实施例2-7中超薄铝膜修饰的AZO复合薄膜和对比例1中的AZO薄膜的透射率。图4为实施例8和对比例2，3中制备的有机太阳能电池在100mW/cm2氙灯照射下测得的光伏特性曲线。具体实施方式下面配合附图及其具体实施例对此复合电极及包含此电极的有机太阳能电池器件作详细说明。应当理解，这样的描述仅用于举例说明本专利技术的目的，而不用于限制。参见图1，该复合电极具体包括玻璃基底1、AZO导电薄膜2以及超薄铝膜修饰层3。本专利技术采用超薄铝膜对AZO透明电极进行修饰，调节其功函，其中超薄铝膜可通过磁控溅射、电子束蒸发、热蒸发等方法制备。下面详细说明以热蒸发技术制备此复合电极的具体实施例，以便更好的理解本
技术实现思路
。实施例1：热蒸发技术制备超薄铝膜修饰的AZO复合透明电极本实施例中所采用的AZO透明导电玻璃是由深圳晶伟特科技有限公司购买。将购买的AZO玻璃置于烧杯中，依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，氮气吹干后置于电热鼓风干燥箱中烘干待用。将AZO玻璃放入真空镀膜机中，以纯度大于99.999％的铝丝作为蒸发源，对腔体抽真空，当真空度达到2×10-4Pa以下时，以0.3A/s的速率蒸镀超薄铝膜。铝膜的厚度通过膜厚监控仪监控。通过调节超薄铝膜的厚度来改变AZO复合透明电极的功函数，使其和有机材料能级匹配。在本特定实施例中，超薄铝膜的厚度控制为0.5～5nm。另外，在铝膜沉积之前，AZO基底无需任何表面处理，如氧等离子体处理、紫外臭氧处理等。在以下实施例中，本专利技术还涉及以所述超薄铝膜修饰的AZO复合透明电极作为底电极（阴极）制备反式结构有机太阳能电池器件。所述有机太阳能电池包括复合透明电极，光活性层以及顶电极。其中，实施例2-7采用的活性层材料为P3HT:PCBM，实施例8采用的活性层材料为P3HT:ICBA。本领域技术人员还应当理解，实施例中使用的各种设备型号仅为示例，并不用于限定本专利技术。实施例2：以0.5nm超薄铝膜修饰的AZO制备有机太阳能电池器件本专利技术提供的聚合物太阳能电池具体包括复合透明电极，光活性层以及顶电极，其制备方法如下：将20毫克P3HT（实验室合成）和16毫克PCBM（版和科技）混合后溶于1毫升邻二氯苯溶剂中，在磁力搅拌器上60℃搅拌充分，使其完全溶解，使用前以0.22微米的过滤膜过滤。按照实施例1中的方法在AZO透明导电玻璃上沉积0.5nm超薄铝膜，之后直接旋涂活性层。采用匀胶机（KW-4A）低速旋涂，以600转/分钟的转速旋转30s，之后放入培养皿中溶剂退火直至活性层薄膜变干，膜厚用TENCORALFA-STEP-500表面轮廓仪测定，厚度大约为200nm。将旋涂有活性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备超薄铝膜修饰的AZO复合透明电极的方法，包括以下步骤：（1）将AZO透明导电玻璃依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，氮气吹干后置于电热鼓风干燥箱中烘干；（2）将所述AZO玻璃放入真空镀膜机中，以纯度大于9.9999%的铝丝作为蒸发源，对腔体抽真空，当真空度达到2×10?4Pa以下时，以0.3A/s的速率蒸镀超薄铝膜；其中，铝膜的厚度通过膜厚监控仪监控，调节铝膜的厚度以改变AZO复合透明电极的功函数，使其和有机材料能级匹配。

【技术特征摘要】
1.一种制备包含超薄铝膜修饰的AZO复合透明电极的有机太阳能电池器件的方法，包括以下步骤：(1)将活性层材料溶于1毫升邻二氯苯溶剂中，在磁力搅拌器上60℃搅拌充分，使其完全溶解，使用前以0.22微米的过滤膜过滤；(2)按照制备超薄铝膜修饰的AZO复合透明电极的方法在AZO透明导电玻璃上沉积预定厚度为0.5～5nm的超薄铝膜，之后直接旋涂活性层，采用匀胶机以600转/分钟的转速旋转30s，之后放入培养皿中溶剂退火直至活性层薄膜变干，用表面轮廓仪测定活性层膜厚；其中，所述制备超薄铝膜修饰的AZO复合透明电极的方法包括以下步骤：(A)将AZO透明导电玻璃依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，氮气吹干后置于电热鼓风干燥箱中烘干；(B)将所述AZO透明导电玻璃放入真空镀膜机中，以纯度大于99.999％的铝丝作为蒸发源，对腔体抽真空，当真空度达到2×10-4Pa以下时，以0.3A/s的速率蒸镀超薄铝膜；其中，在铝膜沉积之前，AZO基底无需其他表面处理，铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：屠国力，史婷，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：