一種有機太陽能電池的製作方法
2023-05-11 12:58:01 2
一種有機太陽能電池的製作方法
【專利摘要】一種有機太陽能電池，包括透明襯底、陰極、電子傳輸層、光活性層、空穴傳輸層和陽極，所述光活性層中包括給體材料、受體材料和兩種或兩種以上不同吸收波長的染料。本發明通過添加染料組合增加了有機太陽能電池對太陽光中近紫外和近紅外區域的吸收，拓寬了有機太陽能電池對太陽光的吸收光譜，降低了螢光輻射損失，增強了太陽光的利用效率，進而提高了有機太陽能電池的光電轉化效率。同，時由於染料的添加也提高了光活性層的結晶度，從而提高了有機太陽能電池的穩定性。
【專利說明】—種有機太陽能電池
【技術領域】
[0001]本發明涉及有機半導體光電器件領域，特別涉及一種有機太陽能電池。
【背景技術】
[0002]有機太陽能電池的光活性層半導體材料具有製備簡單，容易修飾，價格便宜，能夠製作大面積柔性器件的特性，極具潛在的應用價值。高效率和高穩定性是衡量有機太陽能電池的兩個重要指標。因此，如何提高有機太陽能電池的光電轉換效率和穩定性是當前有機太陽能電池的研究熱點。有機太陽能電池主要是採用有機共軛小分子或有機共軛聚合物和富勒烯衍生物兩種半導體材料組成的光活性層完成光電轉換的。在過去的十年中，科學家們通過設計併合成窄帶隙的電子給體材料，優化有機太陽能電池結構，使單結有機太陽能電池的轉化效率從不足1%提高到了 9%以上；通過使用新型電極修飾材料(如用穩定的氧化鑰替代PED0T:PSS)或添加劑(如在光活性層中添加劑對苯二酚)提高了有機太陽能電池的穩定性。
[0003]然而，有機太陽能電池的光電轉化效率低、穩定性差仍然是制約有機太陽電池器件走向實用化的主要原因。這主要是因為:(1)電子給體材料的吸收波長大多在可見光區域，光譜吸收範圍較窄，因此不能充分利用太陽光，特別是太陽光中近紫外和近紅外區域部分；(2)電子給體材料吸收的太陽光會有一部分會以近紅外波長螢光的形式輻射損失掉而形不成有效電流；(3)由給體材料和受體材料組成的光活性層薄膜結晶度低、穩定性差。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術存在的問題和不足，提供一種能有效提高有機太陽能電池光電轉換效率和 穩定性的有機太陽能電池。
[0005]為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為:
一種有機太陽能電池，包括透明襯底、陰極、電子傳輸層、光活性層、空穴傳輸層和陽極，所述有機太陽能電池的光活性層中包括給體材料、受體材料和兩種或兩種以上不同吸收波長的染料，所述染料為至少一種吸收峰在250-550nm的短波染料和至少一種吸收峰在65(T950nm的長波染料。
[0006]上述有機太陽能電池，所述的短波染料與長波染料的重量比控制在1:10-10:1。
[0007]上述有機太陽能電池，所述染料佔光活性層總重量的0.1%~10%。
[0008]上述有機太陽能電池，所述染料為金屬多吡啶配合物染料、金屬卟啉染料、金屬酞菁染料中的一種或幾種。
[0009]上述有機太陽能電池，所述給體材料選自有機小分子或共軛聚合物中的一種。
[0010]上述有機太陽能電池，，所述受體材料選自c6(l、c7(l或c6(l、c7(l的衍生物中的一種。
[0011]上述有機太陽能電池，所述光活性層由給體材料、染料和受體材料在混合溶劑或單一溶劑中組成混合溶液，經旋塗、刷塗、噴塗、浸塗、輥塗、絲網印刷或噴墨列印方式製得。
[0012]與現有技術相比，本發明有益效果表現在:本發明通過在光活性層中添加不同吸收波長的染料組合，利用染料對太陽光中近紫外和近紅外區域的吸收，彌補了電子給體材料和電子受體材料對這兩部分光吸收較少的缺點，拓寬了有機太陽能電池對太陽光的吸收光譜同時也降低了螢光輻射的損失，增強了太陽光的利用效率，進而提高了有機太陽能電池的光電轉化效率。同時由於染料的添加提高了光活性層的結晶度，從而提高了有機太陽能電池的穩定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明的有機太陽能電池的結構示意圖。
[0014]圖中各標號表不為:1-透明襯底，2-陰極,3-電子傳輸層,4-光活性層,5-空穴傳輸層，6-陽極，7-長波染料，8-短波染料。
【具體實施方式】
[0015]下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。
[0016]本發明的結構如圖1所示，包括透明襯底、陰極、電子傳輸層、光活性層、空穴傳輸層和陽極。本發明對所述襯底材料沒有特殊限制，可以為透明有機聚合物薄膜或玻璃，所述透明有機聚合物薄膜材料包括聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醯亞胺或其他聚酯類材料中的一種或任意組合。
[0017]本發明中，陰極材料選自透明金屬氧化物或透明導電高分子，優選ΙΤ0，適合本發明的陰極的方塊電阻為5~120Ω/ □，優選8飛0Ω/ 口。
[0018]本發明中，有機太陽能電池的電子傳輸層選自Ti02、Zn0、LiF或Cs2CO3中的一種。
[0019]本發明光活性層中的染料為至少一種為短波染料和至少一種為長波染料。短波染料的吸收峰在250-550nm，長波染料的吸收峰在650_950nm。短波吸收染料優選為金屬卟啉染料、金屬多吡啶配合物染料；長波吸收染料優選為金屬酞菁染料。適合本發明的金屬卟啉染料為四苯基卟啉鋅(簡稱ZnTPP)，金屬多吡啶配合物染料為cis- 二硫氰酸基雙(N，N』-2，2』-聯吡啶-4，4』-二甲酸)釕(簡稱N3)、三(2-苯基吡啶)合銥(簡稱Ir (ppy) 3)，金屬酞菁染料為酞菁銅(簡稱CuPc)、酞菁矽(簡稱SiPc)、萘酞菁矽(簡稱SiNc),2, 9, 16，23-四-(4-羥基苯偶氮基)酞菁鈷(II )(簡稱THPcCo ( II ))，有機染料為對稱方酸(簡稱SQ)、不對稱方酸(簡稱SQ-1)。本文中有關縮寫名稱的分子結構如下:
【權利要求】
1.一種有機太陽能電池,包括透明襯底、陰極、電子傳輸層、光活性層、空穴傳輸層和陽極，其特徵在於，所述光活性層中包括給體材料、受體材料和兩種或兩種以上不同吸收波長的染料，所述染料為至少一種吸收峰在250-550nm的短波染料和至少一種吸收峰在65(T950nm的長波染料。
2.根據權利要求1所述的有機太陽能電池，其特徵在於，所述的短波染料與長波染料的重量比為1:10?10:1。
3.根據權利要求1或2所述的有機太陽能電池，其特徵在於，所述染料佔光活性層總重量的0.1%?10%。
4.根據權利要求3所述的有機太陽能電池，其特徵在於，所述染料為金屬多吡啶配合物染料、金屬卟啉染料、金屬酞菁染料中的一種或幾種。
5.根據權利要求4所述的有機太陽能電池，其特徵在於，所述給體材料選自有機小分子或共軛聚合物中的一種。
6.根據權利要求5所述的有機太陽能電池，其特徵在於，所述受體材料選自C6(l、C7tl或c60>c70的衍生物中的一種。
7.根據權利要求6所述的有機太陽能電池，其特徵在於，所述光活性層由給體材料、染料和受體材料在混合溶劑或單一溶劑中組成混合溶液，經旋塗、刷塗、噴塗、浸塗、輥塗、絲網印刷或噴墨列印方式製得。
【文檔編號】H01L51/46GK103531712SQ201310510784
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月27日 優先權日:2013年10月27日
【發明者】劉賢豪, 於正森, 李秀貞, 侯麗新, 彭朝利 申請人:中國樂凱集團有限公司