具有激子阻擋及太陽光增敏的一體式空穴傳輸層的有機太陽能電池及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種有機光電子器件及其制備方法，特別是涉及一種有機太陽能電池(OPV)及其制備方法，應用于綠色太陽能源技術領域。
【背景技術】
[0002]有機光電子技術是近10年來世界學術界發展迅猛的高科技之一。隨著成膜技術的快速發展及有機材料或有機/無機雜化材料設計的多樣性，有機電致發光器件、有機太陽能電池(organic photovoltaic cell，0PV)、有機場效應晶體管等有機光電子產品逐漸發展成熟，且具有易于大面積制備、柔性、抗震壓等優點。其中，利用清潔能源的有機太陽能電池憑借其綠色環保、低成本等優點，在能源技術領域倍受矚目；采用有機小分子/聚合物材料及簡易的成膜工藝已經取得了光電轉換效率超過12%的突破性進展，為緩解化石能源的枯竭和保證人類社會的可持續發展提供了良好的解決方案。尤其是OPV中的平面異質結由于其結構簡單，對材料純度要求不高，因此是科研工作者初步探索材料特性及器件結構性能的首選。
[0003]然而，傳統的OPV器件具有一些缺點:
1.太陽光譜中紫外光、可見光、紅外光的比例固定，如需增強某一部分的光強，需通過物理光學設計或制備特殊復雜的微納結構以達到聚光或增強反射和折射的目的、或者通過設計復雜結構的級聯式OPV(cascade OPV)拓寬對太陽光的吸收；
2.傳統的平面異質結電池中的給/受體的激子分離不夠充分，導致短路電流偏低；
3.體異質結中形貌結構復雜，較難準確控制，機理不明之處較多；
4.空穴和電子的注入和傳輸速率不匹配導致最終產生的光生電流受限。
[0004]OPV中傳統的空穴注入或傳輸材料為poIy(3，4-ethylened1xyth1phene):poly(styrenesulfonate) (PED0T:PSS)，具有優良的平滑導電基板，抑制漏電流得到較高開路電壓的作用，然而同時也是強激子淬滅劑，這影響了 OPV在現實應用領域的推廣。
【發明內容】
[0005]為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種具有激子阻擋及太陽光增敏的一體式空穴傳輸層的有機太陽能電池及其制備方法，采用增加陽極端激子阻擋層，在OPV內形成透明陽極-空穴注入層-激子阻擋層-給體層的新型復合功能層結構，使一體式空穴傳輸層能夠同時實現激子阻擋和太陽光增敏的作用，本發明工藝簡單，同時節約材料，降低成本，具有重大的產業價值。
[0006]為達到上述發明創造目的，本發明的構思是:
創造基于具有激子阻擋及太陽光增敏的一體式空穴傳輸層的有機太陽能電池器件，器件主要特點是不需要額外的復雜的光學設計或制備微納結構以增強太陽光強度或提供有利的反射和折射，此空穴傳輸層即可吸收紫外光發射藍光或綠光從而額外增加入射光光子數量，且同時具有電子阻擋作用。器件結構簡單，單一空穴傳輸層同時具備兩種功能，且其能級與給體層匹配對器件開路電壓無不良影響，較高的空穴迀移率不會制約器件填充因子。通過合理的選擇材料，巧妙地同時實現激子阻擋及太陽光增敏作用。
[0007]根據上述發明構思，采用下述技術方案:
一種具有激子阻擋及太陽光增敏的一體式空穴傳輸層的有機太陽能電池，從下到上依次由襯底層、透明導電陽極層、空穴注入層、激子阻擋層、給體層、受體層、電子傳輸層和電極陰極層結合組成，給體層采用窄帶系具強吸收的有機太陽能電池材料中的任意一種材料或任意幾種材料制成，受體層采用富勒烯或富勒烯衍生物材料中的任意一種材料或任意幾種材料制成，激子阻擋層的厚度為5_20nm，激子阻擋層的材料是寬帶隙的具紫外吸收而幾乎不吸收可見光的空穴傳輸材料，且激子阻擋層的能級與給體層的能級匹配。
[0008]上述透明襯底及透明導電陽極所組成的基板的厚度為100-150nm，上述空穴注入層的厚度優選為5-10nm，上述給體層的厚度優選為10-25nm，上述受體層的厚度優選為30-50nm,上述電子傳輸層的厚度優選為5-10nm，上述電極陰極層的厚度優選為80-100nmo
[0009]上述激子阻擋層材料優選采用藍色熒光材料、綠色熒光材料、藍色磷光材料和綠色磷光材料中的任意一種材料或任意幾種材料，藍色熒光材料采用深藍染料5-(4-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin_2-yl)phenyl)-10,10-diphenyl-5,10-dihydrodibenzo[b,e][1,4]azasiline (DTPDDA)、4，4，_Bis(2，2-diphenyIvinyl )-1,1，-biphenyl (DPVBi)、dipheny1-(4-{2-[4-(2-pyridin-4-yl-vinyI)-phenyI]-vinyl}-phenyl)-amine (DPVPA)、2，7-bis[2-(4-tert-butylphenyl) pyrimidine-5-yl]-9^'-Spirobifluorene(TBPSF)、5,10,15-tribenzyl-5H-diindolo [3,2-a:3，，2’-c]-carbazole(TBDI)、N，N’-dipheny1-N, N’-bis(l-naphthyl phenyl)_l，I’-biphenyl_4，4’-diamine (α-NPD)、N，N’-diphenyl_N，N’-bis(1-naphthyl)_1,1，-bipheny 1-4,4’-diamine(NPB)、4,4’-bis-9-carbozylbiphenyl (CBP)、4,4，_bis[(N-carbazole) styrylJbiphenyl (BSB-Cz)、2，4_bis{3-(9H-carbazol-9-yl)-9H-carbazol-9-yl}-6-phen yl-1,3,5-triazine (CC2TA)中的任意一種材料或任意幾種材料;綠色焚光材料采用rhodamine 6G (R6G)、2，3，6，7-tetra hydro-1,1,7,7- tetramethyl-ΙΗ,5H,IlH-10-(2-benzothiazolyl)quinoli zino_[9，9a,lgh]coumarin (C545 T)、(4s，6s)_2，4，5，6-tetra(9H-carbazol_9-yl)isophth alonitrile(4CzIPN)中的任意一種材料或任意幾種材料；藍色磷光材料采用iridium bis (4 , 6-dif1roPheny1-pyridi nato_N，C’)picolinate (Firpic)、iridium (m)bis(4,6-difluorophenylpyridinato)tetra kis(1-pyraZoIyl)borate (Fir6)、Iridium(in)bis(4,6-difluoropheny1-pyridinato)-5- (pyridine-2-yl)-lH-tetrazolate) (FirM)中的任意一種材料或任意幾種材料；綠色磷光材料采用fac-tr is (2-phenyl pyridine)iridium (Ir (ppy )3)Nbis(2-phenyl pyridine) iridium(acetyl-acetonate) ((ppy)2lr(acac))和tris[3，6-bis(phenyl)-pyridazinato-Ni，C2' ]iridium (Ir(BPP ya)3)中的任意一種材料或任意幾種材料。
[0010]上述襯底層的材料優選為剛性玻璃材料、透明聚合物柔性材料或生物可降解的柔性材料中的任意一種材料或任意幾種的復合材料，其中透明聚合物柔性材料為聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亞胺、聚酰樹脂和聚丙烯酸中的任意一種材料或任意幾種材料。
[0011]上述透明導電陽極的材料優選為氧化銦錫(ITO)、導電聚合物poly(3，4-ethylened1xy th1phene): poly (styrene sulfonate) (PEDOT:PSS)、石墨稀(graphene)、碳納米管(carbon nanotube)、金屬單質、金屬單質納米線、金屬合金納米線、金屬異質結納米線中的任意一種材料或任意幾種材料。
[0012]上述空穴注入層的材料優選為Mo03、V205、Ni02、W03中的任意一種材料或任意幾種材料。
[0013]上述給體層的材料優選為窄帶系給體材料中的boron subphthal o cyan inechloride (SubPc)、copper phthalocyanine (CuPc)、chloroaluminium phthalocyanine(ClAlPc)、zinc phthalocyanine (ZnPc)、rubrene、tetraphenyldibenzoperiflanthene(DBP)、bis[2-(4_tertbutylphenyl)benzothiazolato_N，C2’]iridium(acetylacetonate)(t_bt)2Ir (acac)、4-(dicyanomethylene)-2-t-butyl_6-( I , I , 7 , 7-tetramethyljulolidy 1-9- enyl) -4H_pyran (DCJTB)中的任意一種材料或任意幾種材料。
[OOM]上述受體層材料優選為富勒稀或富勒稀衍生物材料中的C6Q、C7Q、[6,6]-phenylC71 butyric acid met