[发明专利]一种以铝和氯化钠作为阴极缓冲层的倒置有机太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种倒置结构有机太阳能电池，具体涉及一种无机材料铝和氯化钠复合作为阴极缓冲层的高稳定性倒置有机太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

在世界经济大发展的前提下，能源短缺与环境污染问题已经成为了世界经济可持续发展的瓶颈问题。随着传统能源（煤、石油、天然气）的日益枯竭，清洁可再生能源的发展和利用迫在眉睫。在这样的背景下，太阳能由于其无污染、储量大、可再生、分布广、便于采集等优势得到了人们的广泛关注，是人们解决能源危机与环境污染的理想候选人，在全球能源战略中具有举足轻重的地位。目前硅电池的市场占有率值很高，但是，硅电池的制造过程及其高昂的造价，使得研究人员去探寻一种新的太阳能电池结构。

由半导体聚合物和富勒烯衍生物组成活性层的聚合物太阳能电池（PSC）由于制造成本低，重量轻，高机械柔性而引起了相当大的关注。然而，有机太阳能电池比无机太阳能电池更低的功率转换效率（PCE）和更差的稳定性限制了它们的广泛应用和商业化。因此，许多团队试图努力改善他们的性能。与此同时，良好的稳定性也是决定商业化的一个重要因素，稳定性受到两个电极以及有源层中的施主和受主材料的影响，在倒置有机太阳能电池中用低功函数的无机或有机材料修饰均可以提高器件性能和稳定性。（Energy Environ. Sci.8 (2015) 3442-3476）。

用稳定的低功函数透明底电极制作倒置有机太阳能电池仍然是一个挑战。ITO的功函数为4.4-4.7eV，不能直接用作收集电子的阴极。一方面，考虑到有源层和ITO阴极之间存在能量势垒，缓冲层通常用于减少电荷提取势垒以形成欧姆接触，从而增强从有源层到ITO的电子提取。另一方面，缓冲层可以通过抑制窄带隙状态提高电荷的提取能力。在倒置PSCs中，一些低功函数缓冲层修饰ITO表面作为透明阴极，例如，ZnO（Appl. Phys. Lett.106 (2015) 083302），PbO（Organic Electronics 12(2011) 1864–1871），TiO₂ (ACS Appl. Mater.Interfaces6 (2014)739−744), Cs₂CO₃( Organic Electronics15 (2014) 858–863)等。然而，所制造的器件一方面稳定性仍需要进一步提高，另一方面材料的价格较为昂贵，对环境有很大污染，这与当前我国的国策背道而驰。因此急需找到一种价格低廉，自然界储量丰富，对环境没有污染的材料应用在太阳能电池中，大大降低有机太阳能电池的造价和对环境的污染问题，这也是电池领域的未来发展的趋势。

发明内容

技术问题： 本发明就是针对上述问题提出来的，本发明首次提出一种以价格低廉、储量丰富、无污染的无机材料铝和氯化钠复合做阴极缓冲层的倒置有机太阳能电池及其制备方法。

技术方案：一种以铝和氯化钠作为阴极缓冲层的倒置有机太阳能电池，所述倒置有机太阳能电池结构自下至上的顺序设置为：透明衬底、透明阴极、阴极缓冲层、吸光层、空穴传输层、金属阳极。

所述阴极缓冲层为双层复合结构，上层材料为氯化钠，下层材料为铝。

所述吸光层中，电子给体材料为聚3-已基噻吩P3HT，受体材料为[6,6]-苯基 C₆₁-丁酸甲酯PC₆₁BM。

所述空穴传输层材料为氧化钼MoO₃。

所述金属阳极的材料为Al、Ag、Au中的一种。

所述透明阴极材料为氧化铟锡ITO。

所述透明衬底材料为透明玻璃。

一种以铝和氯化钠作为阴极缓冲层的倒置有机太阳能电池的制备方法，其制备方法包括以下步骤：

1）透明阴极及透明衬底选用ITO导电玻璃，将刻蚀好并清洗干净的ITO导电玻璃用氮气吹干并进行15min的紫外线臭氧UV-ozone处理；

2）阴极缓冲层的制备：先利用真空蒸镀设备在阴极ITO上蒸镀出厚度为1.8-2.2nm的Al层，其蒸镀的速率为0.5-1.0 Å/s，蒸镀的气压环境小于3×10^-4 Pa，然后在Al层上蒸镀出厚度为0.7-0.9nm的NaCl 层，其蒸镀的速率0.05-0.08 Å/s，蒸镀的气压环境小于3×10^-4 Pa，形成阴极缓冲层；