[发明专利]一种改善有机太阳能电池界面修饰的方法

说明书

本发明公开了一种改善有机太阳能电池界面修饰的方法，在倒置结构有机太阳能电池器件制备过程中，对有机半导体界面材料进行热退火或溶剂退火处理，改善界面特性，降低功函数。在热退火的过程中将有机半导体界面材料与透明电极置于70～150℃热台上退火；或者在溶剂退火的过程中将有机半导体界面材料与透明电极置于70～150℃热台上，同时将电极置于二甲基甲酰胺气氛下进行溶剂退火。采用两种退火方式都可以有效改善界面接触，从而促进电荷的提取、降低能量损耗、方便电荷收集，显著增强短路电流密度，提高器件效率。该方法建立了对以有机半导体材料为阴极界面的倒置结构进行溶剂退火处理的工艺，简单高效、操作易行、效果显著。

技术领域

本发明属于光伏技术领域，具体涉及一种改善有机太阳能电池界面修饰的方法。

背景技术

富勒烯衍生物具有高的电子亲和性、优异的电荷载流子迁移率，使其成为最有前途的有机n型半导体材料之一。由于具有优异的电荷传输能力和较低的未占有电子的能级最低的轨道(LUMO)能级，富勒烯衍生物被广泛用作电子收集层(ECL)，用于构建高性能薄膜光伏器件，如有机太阳能电池(OSCs)和金属卤化物-钙钛矿太阳能电池(PSC)等。此外，尽管富勒烯在可见光区的吸收能力较弱，不适合用作体异质结(BHJ)活性层中的电子受体；但它可以用于制备倒置结构OSCs，因为当太阳光穿过界面层时它减少了太阳光子的损失。此外，由于富勒烯衍生物具有优良的电子输运能力，可以用非常厚的富勒烯界面实现高效率的倒置结构OSCs，这对于大规模制造是特别有利的。

由于富勒烯的疏水性，其在多层器件中的应用仍面临诸多挑战。除了设计交联的富勒烯，富勒烯结构中引入合适的极性基团也是实现其正交加工特性的好方法。一些极性官能团如胺、醚、二乙醇胺和铵盐等被广泛用于构建可作为ECL的共轭或非共轭分子，以此来调控电极的功函数。然而，在富勒烯分子结构中引入一个较大的亲水性基团，通常会使富勒烯分子被孤立，从而阻止了富勒烯分子之间的接触。当使用多个小极性基团时，也会导致富勒烯分子的共轭效应明显降低。因此，这些方法很大程度上限制了它们的电荷传输能力。当它们被用作ECL时，太阳能电池的性能仍受到较大的限制。

有机半导体的后处理技术，如溶剂退火(SA)，特别适用于优化分子π-π堆积和电荷传输性质。我们提出并论证了用于提高基于富勒烯的ECL的电荷输运和提取能力的溶剂退火后处理。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，解决倒置结构有机半导体材料界面性能不够理想的问题，本发明提供一种改善有机太阳能电池界面修饰的方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种改善有机太阳能电池界面修饰的方法，该方法用于改善有机半导体材料界面特性，包含以下步骤：首先在透明电极基底上沉积有机半导体材料界面薄膜，然后分别将该薄膜置于温度为70～150℃的热台上和温度为70～150℃的二甲基甲酰胺(DMF)气氛中溶剂退火5～60min。整个过程耗能低、制备工艺简单。通过退火都可以有效改善界面接触，从而促进电荷的提取、降低能量损耗、方便电荷收集，显著增强短路电流密度(J_SC)，从而提高器件效率。该方法建立了对以有机半导体材料为阴极界面的倒置结构进行溶剂退火处理的工艺，简单高效、操作易行、效果显著。

具体的，本发明的技术方案如下：

本发明采用热退火和溶剂退火方法，将富勒烯界面薄膜分别置于温度为70～150℃的热台上和温度为70～150℃的二甲基甲酰胺气氛中溶剂退火。整个过程耗能低、制备工艺简单。两种退火方式都可以改善界面接触，从而促进电荷的提取、降低能量损耗、方便电荷收集，显著增强了短路电流密度(J_SC)，从而提高了器件效率，具有广泛的应用前景。其特征在于，该方法是在倒置结构有机太阳能电池器件制备过程中，在该器件的透明电极基底上，由下至上逐层依次沉积若干层有机半导体界面材料的薄膜，每层有机半导体界面材料沉积后均采用热退火或溶剂退火处理。