[发明专利]太阳电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种太阳电池及其制备方法。太阳电池包括依次层叠的衬底、阳极电极层、阳极界面层、光活性层、阴极界面层、阴极电极层，形成所述阴极界面层的材料包括有机阴极界面材料和ZnO，以所述有机阴极界面材料和所述ZnO的总质量为基准，所述有机阴极界面材料的含量为30wt％‑70wt％。本发明的阴极界面层，一方面可以更好的调节器件中的空穴和电子传输平衡，减小光生载流子复合，使太阳电池具有较高的填充因子，有效提升了太阳电池的效率；另一方面也可以提升器件的稳定性。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种太阳电池及其制备方法。

背景技术

聚合物太阳电池具有质量轻、柔性、可溶液制备、半透明等优点，具有大面积商业化制备的潜力，在能源环保、可穿戴、航空、航天、建筑等领域都得到了广泛的应用。通过设计共轭聚合物给体和稠环小分子受体的结构是实现高性能的聚合物太阳电池最有效的方法之一。通过近年来的发展，聚合物太阳电池的功率转换效率已经超过18％。除了材料性能，界面层对于实现高效率的聚合物太阳电池也起着重要的作用，它可以优化活性层与电极之间的欧姆接触，平衡空穴-电子的传输，减少载流子在迁移过程中的分子复合。在正装器件中，阴极界面层还可以对活性层提供保护，提高器件的稳定性。

但是，现有的无机阴极界面层材料容易聚集，在成膜过程中容易因聚集形成体相或表面缺陷，在活性层表面一般不会形成连续致密的薄膜，导致部分活性层容易暴露在水氧之下，器件稳定性较差。

因此，有必要对现有的太阳电池进行改进。

发明内容

本申请主要是基于以下问题和发现提出的：

当前界面工程方面的研究较少，特别是正装器件中的阴极界面层。经过多年的发展，可溶液制备的界面材料是目前最主要的阴极界面层材料，包括有机材料和无机材料两类。有机材料具有醇溶性好、薄膜光滑致密等优点，且在涂布后无需高温后处理。目前最常用的有机界面材料分为聚合物和有机小分子两种，聚合物界面材料具有良好的环境稳定性，但成本较高，合成路径较繁琐。小分子界面材料产率较高，合成较容易，成本较低，但环境稳定性较差，导致器件的稳定性较差。两种有机材料电子迁移率都相对较低，导致器件的填充因子较低，影响器件的性能。

与有机材料相比，无机材料具有良好的光电性能和环境稳定性，是更优异的界面材料。然而大多数无机材料在用溶液法进行制备时都需要高温处理才能得到高质量的薄膜，例如：氧化钛、氧化锡等。无机材料中，ZnO由于具有较高的电子迁移率、低廉的成本，并且具有良好的环境稳定性，已成为有机电子器件中最常用的阴极界面材料之一。然而，目前大部分的ZnO阴极界面层仍需高温处理才能形成高质量的薄膜，所以目前正装聚合物太阳电池中常用纳米ZnO溶液进行界面层的制备，但纳米ZnO溶液不稳定，纳米粒子容易聚集，导致分散性不好，成膜过程中容易因聚集形成体相或表面缺陷。此外，当在活性层上通过溶液法制备ZnO阴极界面层时，由于晶格失配等问题，在活性层表面一般不会形成连续致密的薄膜，导致部分活性层容易暴露在水氧之下，器件稳定性较差。

本发明旨在至少在一定程度上改善上述技术问题的至少之一。

为此，在本发明的一个方面，本发明提供了一种太阳电池。根据本发明的实施例，该太阳电池包括依次层叠的衬底、阳极电极层、阳极界面层、光活性层、阴极界面层、阴极电极层，形成所述阴极界面层的材料包括有机阴极界面材料和ZnO。与现有技术相比，本发明的阴极界面层中，通过有机阴极界面材料与ZnO互相配合可以形成连续致密的保护膜，对光活性层进行更有效的保护，显著提高了太阳电池的稳定性；而且，本发明的阴极界面层还可以调节器件中的空穴和电子传输平衡，减小光生载流子复合，使太阳电池具有较高的填充因子，有效提升了太阳电池的效率，由此，该太阳电池既解决了单独使用有机材料形成阴极界面层存在的成本高、填充因子低和器件稳定性差的问题，还能避免或显著改善单独使用ZnO在形成阴极界面层时因易发生团聚形成体相或表面缺陷进而导致部分活性层暴露在水氧之下影响器件稳定性的问题。而且，本发明使用有机阴极界面材料与ZnO的混合物，可以改善单独使用ZnO易发生团聚的问题。