[发明专利]一种基于聚芴阴极界面自组装阳极等离子体共振效应的有机太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于聚芴阴极界面自组装阳极等离子体共振效应的有机太阳能电池及其制备方法。

背景技术

有机太阳能电池因为特有的柔性，可弯曲，低成本，可以大面积印刷生产等优点近年来越来越受到研究人员的关注，文献报道基于共混体系反型有机太阳能电池已经具有较高的效率，然而对于基于无机氧化物作为阴极传输层的反型聚合物有机太阳能电池来说，无机氧化物本身固有的缺陷，以及溶胶凝结法的缺点使制备的电池具有高的载流子复合，低的激子传输能力等缺点，解决无机传输层所带来的缺点，进一步提高电池效率是研究人员必须面对的问题。世界各地的研究人员尝试通过各种方法改善器件特性，提高器件性能，例如，界面修饰，活性层参杂，器件活性层改性等方法，而在本发明中通过自组装的处理方法制作基于聚芴类阴极传输层的有机太阳能电池，并且利用金纳米粒子表面等离子体共振效应提高光利用，进一步提高有机太阳能电池的性能，

发明内容

本发明的目的是提供一种基于聚芴阴极界面自组装阳极等离子体共振效应的有机太阳能电池及其制备方法。该方法利用具有高导电率的两亲性聚芴材料作为阴极传输层，利用其自组装提高与ITO的界面接触，代替传统TiO₂、ZnO等无机传输层，减小界面复合，提高有机太阳能性能；同时，利用真空蒸镀的方法直接在活性层上蒸镀金纳米粒子，利用其表面等离子体效应，增加对光的散射，增加光程，进而提高对光的利用率，从而提高器件的性能。本发明器件制备过程简单，低能耗，成本低，不产生有害副产物，易于操作。

本发明中的基于聚芴阴极界面自组装阳极等离子体共振效应的有机太阳能电池制备主要包括两部分：1，自组装聚芴阴极传输层的制备：2，表面等离子体共振金纳米粒子蒸镀。

本发明所制备的有机太阳能电池，从下至上，依次为ITO导电玻璃衬底、电子传输层、PCDTBT:PCBM活性层、MoO₃空穴传输层和Ag阳极组成，其特征在于：利用具有高导电率的两亲性聚芴材料PDHF-Cl作为电子传输层，利用其自组装提高与ITO的界面接触，代替传统TiO₂、ZnO等无机传输层，减小界面复合，提高有机太阳能性能；同时，利用真空蒸镀的方法在PCDTBT:PCBM活性层上蒸镀金纳米粒子，利用其表面等离子体效应，增加对光的散射，增加光程，进而提高对光的利用率，从而提高器件的性能，其中PDHF-Cl聚芴电子传输层的厚度为10～30nm、PCDTBT:PCBM活性层的厚度为100～300nm、金纳米粒子层的厚度为1～2nm(膜厚仪的监测数值)、MoO₃空穴传输层的厚度为3～5nm、Ag阳极的厚度为80～120nm。

本发明所述的基于聚芴阴极界面自组装阳极等离子体共振效应的有机太阳能电池制备方法，其步骤如下：

1)衬底的处理

将ITO导电玻璃放入烧杯中，分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗20～30分钟，清洗后用氮气吹干；

2)自组装聚芴传输层的制备

a，ITO表面羟基化处理

将步骤1)处理得到的ITO导电玻璃衬底浸入0.5～1.5mg/mL的KOH的甲醇溶液中浸泡10～30h，对其进行羟基化处理，使ITO导电玻璃衬底表面悬挂一层OH；

b，自组装界面制备

将聚芴PDHF-Cl溶解在四氢呋喃溶剂中配制成500～1500PPM的溶液，接着将所得PDHF-Cl溶液利用旋转涂敷法旋涂在羟基化处理的ITO导电玻璃衬底表面，旋涂速度为1000～2000rpm；然后将带有PDHF-Cl的ITO导电玻璃衬底在70～110℃条件下退火10～20min；退火过程中PDHF-Cl分子中的Cl将会与ITO表面的OH发生自组装，即可在ITO导电玻璃衬底表面上制得PDHF-Cl电子传输层，薄膜的厚度为10～30nm；

3)活性层制备

a，活性层溶液配制

室温条件下，将给体材料PCDTBT与受体材料PCBM(质量比1:4)溶于有机溶剂二氯苯(北京百灵威公司)中，配置成5～10mg/mL的溶液，然后在100～400rpm的搅拌速度下搅拌24～48h，即可配置成PCDTBT：PCBM活性层溶液；

b，活性层制备