[发明专利]一种有机太阳能电池的阴极界面材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电材料与器件领域，特别涉及一种有机太阳能电池的阴极界面材料及其制备方法。

背景技术

氧化锌的能带隙和激子束缚能较大，透明度高，有优异的常温发光性能，在半导体领域的液晶显示器、薄膜晶体管、发光二极管等产品中均有应用。此外，微颗粒的氧化锌作为一种纳米材料也开始在相关领域发挥作用。为了进一步提高氧化锌在光电器件中的应用，必须实现对氧化锌导电特性的控制和能带工程，这就涉及了氧化锌的掺杂。通过掺杂施主元素，氧化锌的电导率可以提高几个数量级，使得氧化锌成为一种典型的透明导电氧化物可应用于发光器件、太阳能电池、光波导、传感器、平板液晶显示器和红外反射器等领域，特别是在有机太阳能电池中，掺杂氧化锌的高导电性能够满足大面积加工所需要的厚度不敏感要求。

有机太阳能电池由于其原料价格低，重量轻，可制备柔性器件，以及可溶液加工性进一步降低其制作成本而受到越来越多的关注，在科学界对于有机太阳能电池的研究也日趋热烈。目前实验室中制备的有机太阳能电池的能量转换效率已经超过10％，但是在实验室制备有机太阳电池的技术并不能够直接用于规模化生产。为了实现有机太阳电池的规模化生产，必须要解决一系列的问题，主要包括：提高器件稳定性、溶剂环境友好、提高器件性能、界面层和活性层厚度不敏感、原料价格便宜等。一般来讲，常规有机太阳能电池由衬底，阳极(阴极)界面层、光活性层、阴极(阳极)界面层、金属电极依次层叠构成。由于已经产业化的PEDOT：PSS以及MoO₃作为阳极界面具有很好的性能，所以开发合适的阴极界面层对于有机太阳能电池的能量转换效率和稳定性起到至关重要的作用(参考本申请人等2013年的中国发明专利申请书，申请号：201310088849.4,专利名称：一种倒置结构的有机/聚合物太阳电池)。

由于阴极界面层对于有机太阳能电池的重要作用，人们在制备高性能有机太阳能电池阴极界面领域付出了巨大的努力也取得了一定成果，主要包括金属盐(例如碳酸铯，氟化铯)，n型金属氧化物(例如氧化锌，氧化钛)和共轭聚合物电解质。然而，这些界面存在一个难以大规模加工的问题不能适合商业化生产。我们以最经典的基于PTB7：PC₇₁BM为光活性层的有机太阳电池为例，利用共轭聚合物电解质作为阴极界面的有机太阳能电池的能量转换效率在实验室制备的器件中超过9％，但是这种共轭聚合物电解质界面的厚度必需介于5nm到10nm之间才能获得高器件效率，如果超过10nm厚度以后电池的性能将发生非常严重的降低，比如14nm时能量转换效率将由9％降为0.03％。在工业生产中是很难制备如此薄的界面或者难以保证薄膜的均一性。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种有机太阳能电池的阴极界面材料，著提高有机太阳能太阳电池的性能。

本发明的另一目的在于提供上述有机太阳能电池的阴极界面材料的制备方法，显著降低规模化生产难度与成本。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种有机太阳能电池的阴极界面材料，所述阴极界面材料为含有酰亚胺基团的有机化合物掺杂的氧化锌薄膜；所述酰亚胺基团具有以下结构：

其中，式中：n＝1,2,3；R₁、R₂为H、氨基或吡啶基团：X₁～X₄为H、F、Cl、Br、CN、C1～C20的烷基、吡啶氧基或可取代的苯氧基(包括取代苯氧基和未取代苯氧基)。

所述含有酰亚胺基团的有机化合物为含有酰亚胺基团的小分子化合物或含有酰亚胺基团的聚合物。

所述吡啶氧基为邻位、间位或对位的吡啶氧基。

所述有机太阳能电池的阴极界面材料的制备方法，包括以下步骤：

将含有酰亚胺基团的有机化合物溶入氧化锌溶液或氧化锌的前驱体溶液中，采用溶液加工技术制备成薄膜；

其中，含有酰亚胺基团的有机化合物与氧化锌的质量比为0.1:100至10:100。

所述氧化锌溶液为将氧化锌溶解在有机溶剂或无机溶剂或有机无机混合溶剂中形成。

所述氧化锌的前驱体溶液为将锌盐溶解在有机溶剂或无机溶剂或有机无机混合溶剂中形成。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：