[发明专利]一种有机太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及有机光电器件技术领域，具体涉及一种基于1,3,4,5,6,7-hexaphenyl- 

2-3’(9’-ethylcarbazolyl)- isoindole [HPCzI] 材料的新型有机太阳能电池结构。该结构通过采用HPCzI材料作为有机太阳能电池的阳极缓冲层和空穴传输层，制备出功率效率高的有机太阳能电池。

背景技术

在煤炭、石油、天然气等化石能源日渐短缺、生态环境日益恶化的今天，太阳能以其可再生、绿色无污染、低成本等优势成为新一代能源之星。太阳能电池的研究始于上一世纪的50年代，主要集中于以单晶硅为活性材料的无机太阳能电池，当时贝尔实验室报道的器件效率（PEC）为4%。目前无机太阳能电池总能量转化效率达到了25%以上， 但其昂贵的成本及窄带隙半导体的严重光腐蚀性限制了无机太阳能电池的实际应用。1991年，较低成本的染料敏化二氧化钛太阳能电池出现，其转换效率可达到10%左右，但是该类电池需要液体电解液，阻碍了其实际应用。而有机太阳能电池（OPV）凭其诸多优势，如：加工过程相对简单，可低温操作，器件制作成本较低、可实现大面积制造、可使用柔性衬底、环境友好、轻便易携等，引起了国内外各界的广泛研究兴趣，它有望成为无机和染料敏化太阳能电池的有益、甚至必要的补充产品，在廉价可弃、柔性及大面积等方面得到应用。有机太阳能电池目前最大的应用瓶颈是效率较低这一问题。科学工作者们花费巨大精力研究提升有机太阳能电池效率的途径，如选择新型有机材料、改善太阳能电池结构、对太阳能电池器件进行界面修饰等。 

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于HPCzI材料的有机太阳能电池结构。利用本发明结构，可以提高有机太阳能电池的功率转换效率。本发明通过采用HPCzI材料作为有机太阳能电池结构中的阳极缓冲层和空穴传输层，采用电子给体材料和电子受体材料混合制备的光活性层，以界面修饰的方法使该类结构的有机太阳能电池的功率效率得到了较大提高。 

技术方案：本发明的太阳能电池基于1,3,4,5,6,7-hexaphenyl-2-3’- 

(9’-ethylcarbazolyl)-isoindole材料，简称HPCzI材料，该太阳能电池的结构由下到上依次为：衬底、阳极、阳极缓冲层、空穴传输层、混合光活性层、电子传输层、阴极缓冲层、阴极；所述的衬底采用石英片、玻璃片、聚苯乙烯或聚乙烯材料，阳极采用功函数大于阴极的金属、金属氧化物、炭黑或导电聚合物，阳极缓冲层和空穴传输层为HPCzI，混合光活性层由有机给体材料与有机受体材料混合而成，电子传输层采用富勒烯C60或其他有机电子传输材料，阴极缓冲层为TPBi、BCP、BPhen或LiF，阴极采用功函数相对阳极低的金属或金属合金。

   所述的阳极缓冲层和空穴传输层总厚度为100～450 ?，混合光活性层厚度为200～1000 ? ，电子传输层厚度为50～300 ?，阴极缓冲层的厚度为50～150 ? ，阴极厚度为500~1000 ?。 

所述的混合光活性层由电子给体材料与电子受体材料混合制备而成，其中电子给体材料为CuPc或ZnPc，电子受体材料为 C60或PCBM。 

所述的基于HPCzI材料的有机太阳能电池结构的制备方法包括以下步骤： 

a.在衬底上制备阳极；

b.在阳极上制备阳极缓冲层和空穴传输层；

c.在空穴传输层上制备混合光活性层；

d.在混合光活性层上制备电子传输层；

e.在电子传输层上制备阴极缓冲层；

f.在阴极缓冲层上蒸镀阴极。

阳极及阴极的制备方法为真空蒸镀或溅射，如果材料是很细的颗粒，如金属、炭黑、金属氧化物、导电聚合物等，则可通过溶液的旋涂获得，另外电化学沉积也可制得相应的电极； 

阳极缓冲层、空穴传输层、混合光活性层、电子传输层、阴极缓冲层均为有机层，可采用真空蒸镀、喷涂、旋涂、打印等各种沉积有机薄膜的方法制备。