[发明专利]一种稳定的以富勒烯为电子传输层的有机太阳能电池器件及制备方法和应用

说明书

本发明公开一种稳定的以富勒烯为电子传输层的有机太阳能电池，所述有机太阳能电池包括自下而上依次相连接设置的透明导电阴极衬底、修饰层、电子传输层、有机活性层、空穴传输层和阳极。本发明提出了稳定的以富勒烯为电子传输层的有机太阳能电池，与现有技术相比，本发明中的有机太阳能电池制备工艺简单，且具有较高的光电转换效率和出色的光照稳定性。

技术领域

本发明属于半导体光电子材料与器件技术领域，涉及有机太阳能电池，尤其是一种稳定的以富勒烯为电子传输层的有机太阳能电池器件及制备方法和应用。

背景技术

随着经济、社会的飞速发展，能源问题与环境问题愈发突出。太阳能作为一种用之不竭的绿色能源受到研究人员的广泛关注。光电转换是最有效利用太阳能的方式，而其中最为代表性的器件就是太阳能电池。有机太阳能电池相较于传统的晶硅电池其具有成本低、质量轻、可溶液加工、可制备成柔性和半透明器件以及可大面积制备等优点，其结构通常由两个不同功函的电极、有机活性层和传输层组成。目前，单结有机太阳能电池的光电转换效率已超过19％(NatureMaterials，2022，DOI：10.1038/s41563-022-01244-y)，是有望替代传统晶硅太阳能电池的新型光伏技术，具有极大的商业潜力。

然而，有机太阳能电池的使用寿命在过去二十年中只略微延长了一点，目前在环境条件下运行的高性能有机太阳能电池(光电转换效率＞10％)的T₈₀寿命(光电转换效率衰减至初始值80％的运行时间)很少能超过200小时(CCSChemistry，2021，DOI:10.31635/ccschem.021.202100852)。研究表明，空气中的水和氧气以及长时间的太阳辐照是环境条件下运行的有机太阳能电池光电转换效率衰减的主要因素。通过封装技术可以有效保护有机太阳能免受湿度和氧气的腐蚀，有效提高器件的稳定性。但是，由于有机太阳能电池的组成部分，如有机活性层和传输层主要是由共轭的有机聚合物或小分子构成，被光照后容易发生光降解反应，这使得有机太阳能电池在光照下本征不稳定，目前尚没有可以有效改善有机太阳能电池光稳定性的普遍方法。因此，提高有机太阳能电池的稳定性是其商业化路上亟待解决的主要问题。

通过检索，发现如下几篇与本发明专利申请相关的专利公开文献：

1、基于聚乙烯亚胺修饰的氧化锌电子传输层构建柔性结构的聚合物太阳能电池及其制备方法(CN110459681A)，该聚合物太阳能电池，其特征在于：由下到上依次为带有OMO电极的柔性透明基底、聚乙烯亚胺修饰的氧化锌电子传输层、非富勒烯体系光活性层、空穴缓冲层和阳极电极；氧化锌电子传输层上覆有聚乙烯亚胺薄层。本发明结构设计合理，制备步骤简单，通过聚乙烯亚胺薄层的修饰，同时提高柔性电池器件的光吸收性能和填充因子，进而提高了聚合物太阳能电池的光电转化效率。

2、一种有机薄膜太阳能电池的制备方法及其有机薄膜太阳能电池(CN105845828B)，它包括以下步骤：(a)以载玻片作为衬底，在其表面形成导电氧化物薄膜，清洗烘干后作为阴极层待用；(b)在阴极层上形成具有电子传输性能的阴极修饰层；(c)在阴极修饰层上沉积电子给体材料与电子受体材料的混合物，形成光活性层；电子受体材料为[6，6]-C60-苯基丁酸甲酯或[6，6]-C70-苯基丁酸甲酯；(d)在光活性层上形成具有空穴传输性能的阳极修饰层；(e)在阳极修饰层上固化一层导电浆料，形成阳极层；(f)将步骤(e)得到的器件进行退火处理即可；通过采用特定的电子给体材料与电子受体材料，并结合现有工艺步骤，能够获得高光电转化效率的有机薄膜太阳能电池。

通过对比，本发明专利申请与上述专利公开文献存在本质的不同。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种稳定的以富勒烯为电子传输层的有机太阳能电池器件及制备方法和应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：