一种提高基于富勒烯的有机太阳能电池性能的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种提高基于富勒烯的有机太阳能电池性能的方法，属于有机光电子器件技术领域。
【背景技术】
[0002]能源问题目前已是全球共同关注的话题，各国都着力于清洁能源的开发。太阳能电池是利用太阳辐射能比较切实可行的方法，随着太阳能电池成本的降低，其在人们的生活中发挥越来越多的作用。
[0003]单晶硅、多晶硅和非晶硅系列的太阳能电池是目前应用最广泛的太阳能电池，但是它们存在几个缺点。相比于上述的无机太阳能电池，有机太阳能电池有着材料来源广泛、制作工艺更加简单并且灵活、生产过程中不会产生有毒物质、可以在柔性或非柔性衬底上加工、半透明且色彩可选等显著优势。这些特点使得有机太阳能电池具有广阔的发展前景。
[0004]有机太阳能电池具有和无机娃光伏电池相同的最高理论转换效率。自1995年美国加州大学的A.J.Heeger团队首次报道了基于共轭聚合物/富勒烯及其衍生物互传网络异异质结型薄膜太阳电池以来，经过二十余年的研究，聚合物太阳能电池在材料体系设计和器件结构优化等方面取得了很大的进步，器件的效率从最初报道的1%到目前突破10.6%，逐步逼近15%的实用性指标。目前，制约有机太阳能电池能量转换效率的主要因素是电池的光谱响应范围与太阳光地面辐射光谱不匹配、载流子的迀移率不高以及电极对其收集效率低等，并且材料的氧化和还原导致器件不稳定，重结晶和温度变化导致了器件的衰老，每个层面的问题都对研究者提出了很大的挑战。在有机材料合成和器件结构方面研究人员已经做了大量的研究，并且已经基本完备。现在的研究重点在工艺技术的改进，特别是对活性层形貌的调控。
[0005]通过器件的处理工艺可以实现活性层薄膜形貌结构的有效微相调控，提升聚合物太阳能电池的整体综合性能。目前比较常用的处理工艺包括溶剂退火、添加剂改性和热退火等。但是它们都存在一些缺陷。添加剂改性的缺点是高沸点添加剂容易残留而导致J-V曲线变成S形，影响器件的填充因子和效率。溶剂退火的缺点在于退火时间长，处理效率低，并且对于大面积器件的处理不适用。热退火时间和温度必须适宜才能使电池达到最佳性能，退火时间过长或温度过高都会使给体和受体材料的相区尺寸大于激子扩散长度，导致激子大量损失，反而会降低电池效率。对于低玻璃化转变温度的高透明柔性衬底，热退火可能会造成衬底的破坏而不适用。
[0006]总体看来，目前在有机太阳能电池的活性层形貌调控方面仍缺乏一种生产工艺简便，并且能用于低玻璃化转变温度的高透明柔性衬底的处理技术。
【发明内容】
[0007]本发明解决的技术问题是:针对目前有机太阳能电池器件处理工艺技术的不足，提出一种采用适当时间的UV紫外光源对基于富勒烯的有机太阳能电池的活性层表面进行照射处理，提高基于富勒烯的有机太阳能电池的性能，特别是光电转换效率得到提升的一种提高基于富勒烯的有机太阳能电池性能的方法。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是:一种提高基于富勒烯的有机太阳能电池性能的方法所述的有机太阳能电池的活性层是含有基于富勒烯的聚合物，在制备有机太阳能电池的过程中，使用紫外光照射处理活性层。
[0009]优选的，所述的活性层是基于富勒烯的聚合物和共轭聚合物共混，活性层的受体材料为基于富勒烯的聚合物，给体材料为共轭聚合物。
[0010]优选的，所述的有机太阳能电池的结构是本体异质结结构。
[0011]优选的，所述的紫外光为UVA光或UVB光。
[0012]优选的，所述的有机太阳能电池的结构制备顺序包括阳极、空穴传输层、活性层、电子传输层、阴极；所述活性层的制备方法如下:在氮气，除水的手套箱中，空穴传输层上面旋涂共轭聚合物和富勒烯聚合物共混溶液，形成活性层，在氮气，除水的手套箱中，使用紫外光源照射处理活性层，经过紫外光照处理之后，对活性层进行热退火处理。
[0013]优选的，所述的旋涂活性层的方法为旋涂法、刮涂法、喷涂法或印刷法。
[0014]步骤一:选择镀有氧化铟锡ITO电极的透明玻璃作为阳极层，将ITO刻蚀，并将ITO玻璃衬底清洗干净；
[0015]步骤二:空穴传输层的制备:在干净的ITO玻璃上旋涂40-50nm的聚[3.4-乙撑二氧噻吩](PEDOT) ??聚(苯乙烯磺酸酯)(PSS)形成空穴传输层，静置一段时间后，对其进行热退火处理；
[0016]步骤三:活性层的制备:在氮气，除水的手套箱中，空穴传输层上面旋涂100?150nm的聚3-己基噻吩(P3HT)和[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)溶液，形成活性层，在氮气，除水的手套箱中，使用UVA或UVB紫外光源照射处理活性层，经过紫外光照处理之后，对活性层进行热退火处理；
[0017]步骤四:电子传输层的制备:在活性层上使用气相沉积仪器蒸镀厚度为0.Snm的氟化锂(LiF)作为电子传输层，其蒸镀的气压环境小于4X10 4Pa;
[0018]步骤五:阴极电极的制备:在电子传输层上使用气象沉淀仪器蒸镀厚度为120?150nm的铝(Al)作为阴极，其蒸镀的气压环境小于4X 10 4Pa。
[0019]有益效果:
[0020]本发明采用适当时间的UV光照射有机太阳能电池活性层，使得活性层中的富勒烯发生光致齐聚反应，抑制了部分结晶的产生，提升了电荷载流子的传输效率以及迀移率，从而使得有机太阳能电池的性能提升，特别是光电转换效率得到较大提升。本发明工艺简单，成本低，易于实现大规模生产，并且可以用于各种基底，比如基于PET基底的柔性有机太阳能电池，可将该方法广泛应用到有机太阳能电池的生产领域。
【附图说明】
[0021]下面结合附图对本发明的作进一步说明。
[0022]图1是本发明制备有机太阳能电池的主要工作流程图。
[0023]图2是本发明有机太阳能电池的器件结构示意图。
[0024]图3是使用UVA紫外光源处理活性层为聚3-己基噻吩(P3HT)和[6，6]-苯基-C61- 丁酸甲酯(PC61BM)的有机太阳能电池后的能量转换效率随光照能量的变化图。
[0025]图4是使用UVB紫外光源处理活性层为聚3-己基噻吩(P3HT)和[6，6]-苯基-C61- 丁酸甲酯(PC61BM)的有机太阳能电池后的能量转换效率随光照能量的变化图。
[0026]图5是使用UVA紫外光源处理活性层为聚3-己基噻吩(P3HT)和[6，6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC71BM)的有机太阳能电池后的能量转换效率随光照能量的变化图。
[0027]图6是使用UVB紫外光源处理活性层为聚3-己基噻吩(P3HT)和[6，6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC71BM)的有机太阳能电池后的能量转换效率随光照能量的变化图。
【具体实施方式】
[0028]实施例1
[0029]图1是制备有机太阳能电池的主要工作流程图，其中(I)为器件在旋涂仪器上旋涂活性层，(2)为在氮气环境下使用紫外光照射器件的活性层，(3)为活性层的热退火处理，(4)为蒸镀电子传输层和阴极。
[0030]图2是本发明实施例1和例2有机太阳能电池的器件结构示意图，其中(5)为阳极，(6)为空穴传输层，(7)为活性层，(8)为电子传输层，(9)为阴极。
[0031]本实施采用标准有机太阳能电池制备方法，包括如下步骤:
[0032]1、选择镀有ITO电极的透明玻璃作为阳极层(5)，将ITO刻蚀，并将ITO玻璃衬底清洗干净。
[0033]2、空穴传输层的制备:在干净的ITO玻璃上旋涂40-50nm的聚[3.4-乙撑二氧噻吩](PEDOT) ??聚(苯乙烯磺酸酯)(PSS)形成空穴传输层(6)。静置一段时间后，对其进行热退火处理，温度为120°C，时间为I小时。
[0034]3、活性层的制备:在手套箱(氮气，除水环境)中，在空穴传输层(6)上面旋涂100-150nm的聚3-己基噻吩(P3HT)和[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)共混溶液，形成活性层(7)。在手套箱(氮气，除水环境)中，使用波长为365nm的UVA紫外光源照射处理活性层(7)，光照处理时间分别为I分钟，2分钟，3分钟和5分钟。经过紫外光照处理之后，对活性层(7)进行热退火处理，温度为120°C，时间为15分钟。由图3可知以上紫外光处理时间所对应的器件能量转换效率。
[0035]4、电子传输层的制备:在活性层(7)上使用气相沉积仪器蒸镀厚度为0.Snm的氟化锂(LiF)作为电子传输层8，其蒸镀的气压环境小于4X10 4Pa。
[0036]5、阴极电极的制备:在电子传输层⑶上使用气象沉淀仪器蒸镀厚度为120-150nm的铝(Al)作为阴极(9)，其蒸镀的气压环境小于4X 10 4Pa。
[0037]实施例2
[0038]采用UVB紫外光照射处理有机太阳能电池活性层。
[0039]制备方法除了步骤3不同外，其各层的工艺制备方法与实施例1相同。实施例2中的活性层的