專利名稱：基于強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系的有機(jī)太陽(yáng)能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有機(jī)太陽(yáng)能電池(organic solar cell, OSC)領(lǐng)域，具體涉及一種基于強(qiáng)關(guān) 聯(lián)電子體系的有機(jī)太陽(yáng)能電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能電池是通過(guò)光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，又叫 光伏器件。有機(jī)太陽(yáng)能電池就是由有機(jī)材料構(gòu)成核心部分的太陽(yáng)能電池，具有制作簡(jiǎn) 單、制備過(guò)程溫度低、造價(jià)低廉、可以制作大面積柔性器件等優(yōu)點(diǎn)。Kodak研究室的 Tang報(bào)道了第一個(gè)PV (photovoltaic)異質(zhì)結(jié)裝置(C. W. Tang, "Two-layer organic photovoltaic cell", Appl. Phys. Lett. 1986， 48， 183 )。有機(jī)太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)包括陽(yáng)極、 空穴傳輸層、光活性層(photoactive layer)、電子傳輸層和陰極。將光能轉(zhuǎn)換成電能 可以分為三個(gè)主要過(guò)程(1)吸收一定能量的光子產(chǎn)生電子空穴對(duì)-激子(exciton); (2)激子在外加電場(chǎng)下或不同有機(jī)物的界面處(異質(zhì)結(jié))分離成自由的光生載流子 (電子和空穴)；(3)光生載流子被太陽(yáng)能電池的兩極所收集，在外電路中產(chǎn)生電流， 獲得電能。
有機(jī)太陽(yáng)能電池可以分別小分子、聚合物和染料敏化太陽(yáng)能電池。小分子太陽(yáng)能 電池一般采用真空蒸鍍技術(shù)，聚合物太陽(yáng)能電池一般采用旋涂或噴墨打印技術(shù)制作。 其中聚合物太陽(yáng)能電池由于其簡(jiǎn)單的制作技術(shù)，可以制備低廉大面積器件而最具吸引 力。 一般將可溶性的甲撐富勒烯(受體，傳輸電子)與共軛聚合物(給體，傳輸空穴) 混合形成光活性層，可以增加界面接觸面積，利于激子的分離，提高器件的功率轉(zhuǎn)換 效率(power-conversion efficiency, PCE)。 PCE即光電轉(zhuǎn)換效率，是單位受光面積的
最大輸出功率Pmax與入射的太陽(yáng)光能量密度P,ight的百分比，它是太陽(yáng)能電池的一個(gè) 重要輸出特性，主要與器件結(jié)構(gòu)、結(jié)的特性、材料性質(zhì)和環(huán)境等有關(guān)。太陽(yáng)能電池在 短路條件下的工作電流稱為短路光電流(Ise)，等于光子轉(zhuǎn)換成電子-空穴對(duì)的絕對(duì)數(shù) 量，此時(shí)電池輸出的電壓為零。太陽(yáng)能電池在開(kāi)路條件下的輸出電壓稱為開(kāi)路光電壓 (V。c)，此時(shí)電池輸出的電流為零。太陽(yáng)能電池?zé)o光照時(shí)外加電壓和電流之間的關(guān)系 曲線叫光電池的暗特性曲線，在一定光照下端電壓和通過(guò)負(fù)載的工作電流的關(guān)系曲線 叫光電池的伏安特性曲線。其中任一工作點(diǎn)的輸出功率等于(vxi)矩形面積。填充
3因子FF二 Pmax/(V。CXISC)，是輸出特性曲線"方形"程度的量度，F(xiàn)F越大，太陽(yáng)能電 池的性能越好。
光電轉(zhuǎn)換過(guò)程中的損失涉及被反射而未被吸收的光線，波長(zhǎng)大于截止波長(zhǎng)的光 線，電子空穴對(duì)在電池表面或內(nèi)部復(fù)合消失等。其中光生載流子在有機(jī)層和無(wú)機(jī)電極 之間的界面的傳輸、收集是一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題。它很難形成一個(gè)較好的歐姆接觸，一 般在其界面形成莫特-肖特基勢(shì)壘(Mott-Schottky barrier),導(dǎo)致電極處很差的電荷收集效 率。解決辦法一般是在界面處增加一層緩沖層，起到光滑、減少缺陷、重排能級(jí)結(jié)構(gòu) 等作用。其中對(duì)陽(yáng)極和有機(jī)層間的空穴緩沖層研究較多，如PEDOT:PSS(S.E. Shaheen, C. J. Brabec, N. S. Sariciftci， F. Padinger， T. Fromherz, J. C. Hummelen, "2.5% efficient organic plastic solar cells" Appl. Phys. Lett. 2001, 78， 841)、 NiO (M. D. Irwin， D. B. Buchholz, A. W. Hains， R. P. H. Chang， T. J. Marks, "p-type semiconducting nickel oxide as an efficiency-enhancing anode interfacial layer in polymer bulk-heterojunction solar cells" PNAS 2008, 105,2783)等，而在陰極和有機(jī)層間一般都是加入超薄LiF作為電 子緩沖層(C. J. Brabec, S. E. Shaheen， C. Winter, N. S. Sariciftci, P. Denk， "Effect of LiF/metal electrodes on the performance of plastic solar cells", Appl. Phys. Lett. 2002， 80， 1288)等，因?yàn)長(zhǎng)iF本身是絕緣體，有很高的電阻，LiF電子緩沖層的厚度需要做得極 薄，約5A，否則會(huì)使器件性能退化，這在制備工藝上較難控制。
另一方面，強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)的研究是理論凝聚態(tài)物理重要的研究領(lǐng)域之一，由于電子 之間的強(qiáng)相互作用，導(dǎo)致很多出人意料的新的物理效應(yīng)。人們對(duì)強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系除了在理 論上(存在一些傳統(tǒng)能帶理論無(wú)法解釋的現(xiàn)象)有濃厚興趣外，氧化物高溫超導(dǎo)體、龐磁 電阻效應(yīng)等新發(fā)現(xiàn)充分顯示其在技術(shù)上的應(yīng)用價(jià)值和潛在的實(shí)際意義。所謂強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體 系是指電子之間有效庫(kù)侖相互作用能遠(yuǎn)大于其能帶密度，即U〉B的體系。這時(shí)，仍用單電 子近似，將相互作用簡(jiǎn)單地處理為微擾，無(wú)法說(shuō)明體系的主要物理性質(zhì)。人們將所有電子 -電子相互作用起主要作用，必須對(duì)其進(jìn)行非微擾處理才能解釋體系主要物理性質(zhì)的多體 體系，稱為強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系。
很多過(guò)渡族金屬化合物如MnO、 NiO、 CoO，費(fèi)米能處于d帶，但d帶不與其他能帶 交疊，按照能帶論，這些應(yīng)為金屬，但實(shí)際上卻為絕緣體。按照Hubburd模型，這是由于 B/U比值不同。當(dāng)U〉B時(shí)，d電子是定域化的，反之，d電子是退定域的。由于關(guān)聯(lián)能的 存在使本應(yīng)為金屬的固體具有絕緣體的基態(tài)，這種固體稱為莫特絕緣體，屬于強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子 體系。按照莫特的討論，當(dāng)固體的晶格常數(shù)從無(wú)窮大逐漸減小時(shí)，材料會(huì)從絕緣體過(guò)渡到金屬。按照Hubburd模型，晶格常數(shù)的減小會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)子帶的交疊，同樣會(huì)轉(zhuǎn)變到金屬相， 轉(zhuǎn)變的特征能量是電子間的庫(kù)侖相互作用能。Hubburd模型給出的帶隙在晶格常數(shù)減小時(shí) 緩慢變化到零，電導(dǎo)率不會(huì)有突然的急劇增加。而一些莫特絕緣體中，溫度升高從絕緣體 轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘?，可同時(shí)觀察到電導(dǎo)率階躍式的增大。莫特解釋為在溫度升高時(shí)，電子從一 個(gè)格點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到另一格點(diǎn)，相當(dāng)于將一個(gè)電子從下Hubburd帶激發(fā)到上Hubburd帶，而在下 Hubburd帶留下一個(gè)空穴。電子和空穴因庫(kù)侖作用形成束縛態(tài)(稱為激子)。如溫度升高到 在上Hubburd帶中有足夠多的電子。由于屏蔽作用，電子-空穴的相互作用將減弱，這將降 低電子-空穴對(duì)的結(jié)合能，當(dāng)電子濃度達(dá)到臨界值，束縛解除，電導(dǎo)率急劇增加，過(guò)渡到金 屬態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種有機(jī)太陽(yáng)能電池，增強(qiáng)電子在有機(jī)層和無(wú)機(jī)電極之間的 界面的傳輸和收集，以改善器件的性能，提高功率轉(zhuǎn)換效率。 本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種有機(jī)太陽(yáng)能電池，包括陽(yáng)極、空穴緩沖層、光活性層和陰極，其特征在于，在光 活性層與陰極之間還包括一層材料為強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系化合物的電子緩沖層。
上述強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系化合物構(gòu)成的電子緩沖層厚度一般為l-10nm，優(yōu)選3-4nm。
所述強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系化合物可以是氧化物型的強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系化合物，如氧化錳(MnO)、 氧化鎳(NiO)、氧化鈷(CoO)、三氧化二釩(V203)、高溫超導(dǎo)體的銅氧化合物等；也可 以是有機(jī)強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系化合物，如(4，4，，5,5，-雙二硫乙撐基四硫代富瓦烯)高氯酸鹽 [(BEDT-TTF)2C104]、四甲基四硒代富瓦烯高氯酸鹽[(TMTSF)2C104]、 (4，4，,5,5，-雙二硫乙撐 基四硫代富瓦烯)高錸酸鹽[(BEDT-TTF)2Re04]等。這些強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系化合物可以單獨(dú)或復(fù)合 使用構(gòu)成電子緩沖層。
本發(fā)明有機(jī)太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極材料可以是銦錫氧化物(ITO, Indium Tin Oxides)、氟錫 氧化物(FTO， fluorine doped tin oxide)、鋁鋅氧化物(AZO, aluminium-doped zinc oxide) 等常用的陽(yáng)極材料。
上述空穴緩沖層所用材料可以為聚(3，4-乙撐二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸)
(poly(3，4-ethylenedioxythiophene):polystyrenesulfonate ， PEDOT:PSS)、自組裝膜(SAM, self-assembled monolayers)、聚乙烯氧化物(PEO， polyethylene oxide)等有機(jī)物，還可以 為金屬氧化物如氧化鎳(NiO)、氧化銀(AgOx)、氧化鉬(MoOx)、氧化鋅(ZnO)等，
5及金屬如金(Au)、鉑(Pt)等，其中PEDOT:PSS是目前有機(jī)太陽(yáng)能電池器件中最常用的
有機(jī)空穴緩沖層材料之一。
上述光活性層最常用的材料之一是P3HT:PCBM共混體系，其中P3HT
(poly(3-hexylthiophene))是一種聚噻吩，而PCBM ([6，6]-phenylC61-butyricacidmethylester) 是富勒烯(C6C)的衍生物。目前有機(jī)太陽(yáng)能電池器件所用的其他光活性層材料也適用于本 發(fā)明，例如聚對(duì)苯乙烯類與富勒烯雙層，酞氰鋅(ZnPc, zinc phthalocyanine)、酞氰錫[SnPc， tin (II) phthalocyanine]或酞氰銅(CuPc, copper phthalocyanine)與富勒烯雙層等，其中聚 對(duì)苯乙烯類化合物如MEH-PPV (poly(2-methoxy-5-2，-ethylhexyloxy)-1 ，4-phenylenevinylene 禾口MDMO-PPV (poly[2-methyl, 5隱(3*，7** dhnethyl-octyloxy)]-p-phenylene vinylene)。 上述陰極材料可以是鋁、鎂銀合金、鋰鋁合金、鈣鋁合金等。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了上述有機(jī)太陽(yáng)能電池的制備方法，包括以下步驟
1、 在陽(yáng)極上蒸鍍或溶液旋涂空穴緩沖層；
2、 在空穴傳輸層上蒸鍍或溶液旋涂光活性層；
3、 在光活性層上蒸鍍或溶液旋涂一層強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系化合物作為電子緩沖層；
4、 在電子緩沖層上蒸鍍陰極。
器件中的有機(jī)層均采用真空蒸鍍制作或者溶液旋涂制作，其方法已為本領(lǐng)域技術(shù)人員 所熟知，于此不再贅述。
對(duì)于有機(jī)半導(dǎo)體器件來(lái)說(shuō)，有機(jī)層導(dǎo)電性較差，電荷遷移率低，在有機(jī)層和無(wú)機(jī)電極 之間的界面存在肖特基勢(shì)壘、較差的電荷傳輸和缺陷處再?gòu)?fù)合(與光生激子分離被兩極收 集形成電流是競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程)等問(wèn)題。較普遍的解決這些問(wèn)題的方法是引入一層外加的緩沖層， 可以起到使界面光滑、堅(jiān)固，減低缺陷等作用，從而調(diào)整器件的電學(xué)性質(zhì)。在強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子 體系化合物中，在電子間的庫(kù)侖相互作用下，使得原來(lái)不存在關(guān)聯(lián)的能帶分裂成間隔為u (庫(kù)侖關(guān)聯(lián)能)的兩個(gè)Hubbard能帶。當(dāng)電子間的庫(kù)侖相互作用U大于能隙寬度W時(shí)， 由于電子受強(qiáng)烈的庫(kù)侖相互作用的限制，使得電子不能像金屬中那樣自由地在格點(diǎn)上移 動(dòng)，從而表現(xiàn)為絕緣體。如在外部條件下，當(dāng)Hubbard空帶上被注入電子時(shí)，或者Hubbard 滿帶上被注入空穴時(shí)，電子運(yùn)動(dòng)的定域態(tài)即被打破，從而使絕緣體過(guò)渡到金屬態(tài)。因此， 強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系化合物的添加可以提高有機(jī)半導(dǎo)體材料的電子傳導(dǎo)能力，從而改善有機(jī)層 和無(wú)機(jī)電極之間的界面，提高有機(jī)太陽(yáng)能電池的功率轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明采用了不同于通用的氟化鋰等絕緣體材料的強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系化合物，在光活性 層和陰極金屬之間摻入強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系化合物，利用其在電荷注入的情況下可以發(fā)生絕緣 態(tài)-金屬轉(zhuǎn)變的特性，提高電子傳輸能力。 一旦轉(zhuǎn)變發(fā)生，具有了金屬的導(dǎo)電性，可以產(chǎn)生 大量的自由電子，同時(shí)可能使界面處能級(jí)重新排列，產(chǎn)生偶極子，改善對(duì)電子的傳輸能力， 提高器件的短路電流Isc,從而提高功率轉(zhuǎn)換效率PCE,還可以阻擋蒸鍍金屬陰極時(shí)對(duì)有機(jī) 層的損壞，減小器件的缺陷，抑制器件的退化。進(jìn)一步的，對(duì)于UF電子緩沖層，由于其 超薄的厚度要求和絕緣屬性使得制作工藝較復(fù)雜，而本發(fā)明的強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系化合物電子 緩沖層厚度在納米級(jí)，采用真空蒸鍍或者溶液旋涂工藝制作，簡(jiǎn)單方便，容易控制，且在 優(yōu)化的厚度范圍內(nèi)(如3nm)后其電子傳輸能力與器件的PCE等性能(包括短路電流Ise，開(kāi) 路電壓V。e，填充因子FF，功率轉(zhuǎn)換效率PCE)均稍優(yōu)于通用而有效的LiF超薄絕緣層(參 見(jiàn)表l)。


圖la是實(shí)施例1制作的參比器件一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖lb是實(shí)施例2制作的參比器件 二的結(jié)構(gòu)示意圖；圖lc是本發(fā)明實(shí)施例3制作的實(shí)施器件的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是參比器件一和實(shí)施例3中實(shí)施器件的伏安特性曲線。 圖3是參比器件二和實(shí)施例3中實(shí)施器件的伏安特性曲線。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明改善osc器件性能的方法，但不構(gòu)成對(duì)本
發(fā)明的限制。 實(shí)施例l、參比器件一
根據(jù)下列步驟制備參比器件一
(1) 清洗ITO (銦錫氧化物)分別在去離子水、丙酮、乙醇中超聲清洗10分鐘，
然后在等離子體清洗儀器中處理1分鐘；
(2) 在陽(yáng)極ITO上旋涂空穴緩沖層PEDOT:PSS，其中PEDOT:PSS水溶液中 PEDOT:PSS/H20=l/4 (體積比，下同)，過(guò)濾頭孔徑0.2微米，轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分鐘，旋涂 時(shí)間30秒，旋涂后20(TC退火，在空氣中5分鐘后，在真空(<10Pa)中15分鐘，降溫；
(3) 在空穴緩沖層PEDOT:PSS上旋涂光活性層P3HT:PCBM混合溶液，其中混合溶 液濃度是P3HT:PCBM/鄰二氯苯氣15 mg:12 mg)/ml，即每毫升鄰二氯苯溶劑中含有15 mgP3HT和12 mg PCBM，過(guò)濾頭孔徑0.2微米，轉(zhuǎn)速600~800轉(zhuǎn)/分鐘，旋涂時(shí)間15秒，旋 涂后待溶劑揮發(fā)后15(TC退火，在真空(10'3Pa)中1小時(shí)，降溫；
(4)在光活性層P3HT:PCBM上真空蒸鍍陰極Al，厚度1500 A。
器件結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖la。
實(shí)施例2、參比器件二
根據(jù)下列步驟制備參比器件二
(1) 清洗ITO (銦錫氧化物)分別在去離子水、丙酮、乙醇中超聲清洗10分鐘， 然后在等離子體清洗儀器中處理1分鐘；
(2) 在陽(yáng)極ITO上旋涂空穴緩沖層PEDOT:PSS，其中PEDOT:PSS水溶液中 PEDOT:PSS/H20=l/4，過(guò)濾頭孔徑0.2微米，轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分鐘，旋涂時(shí)間30秒，旋涂后 20(TC退火，在空氣中5分鐘后，在真空(<10Pa)中15分鐘，降溫；
(3) 在空穴緩沖層PED0T:PSS上旋涂光活性層P3HT:PCBM混合溶液，其中混合溶 液濃度為P3HT:PCBM/鄰二氯苯氣15mg:12mg)/ml， 過(guò)濾頭孔徑0.2微米，轉(zhuǎn)速600~800 轉(zhuǎn)/分鐘，旋涂時(shí)間15秒，旋涂后待溶劑揮發(fā)后150'C退火，在真空(l(T3Pa)中1小時(shí)， 降溫；
(4) 在光活性層P3HT:PCBM上真空蒸鍍LiF，厚度5 A;
(5) 在LiF上真空蒸鍍陰極Al,厚度I500A。 器件結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖lb。
實(shí)施例3、實(shí)施器件
1、 材料
基于經(jīng)典材料的OSC器件，增加強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系化合物形成的電子緩沖層，該OSC 的結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/MnO/Al 。首先在ITO上旋涂空穴緩沖層 PEDOT:PSS，再在空穴緩沖層上旋涂光活性層P3HT:PCBM，然后在P3HT:PCMB上真空 蒸鍍強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系化合物——氧化錳(MnO)，最后在MnO上真空蒸鍍陰極Al。器件結(jié) 構(gòu)參見(jiàn)圖lc。
2、 器件制備方法
(1)清洗ITO (銦錫氧化物)分別在去離子水、丙酮、乙醇中超聲清洗10分鐘， 然后在等離子體清洗儀器中處理1分鐘；(2) 在陽(yáng)極ITO上旋涂空穴緩沖層PEDOT:PSS,其中PEDOT:PSS水溶液 PEDOT:PSS/H20=l/4，過(guò)濾頭孔徑0.2微米，轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分鐘，旋涂時(shí)間30秒，旋涂后 20(TC退火，在空氣中5分鐘后，在真空(<10Pa)中15分鐘，降溫；
(3) 在空穴緩沖層PED0T:PSS上旋涂光活性層P3HT:PCBM混合溶液，其中混合溶 液濃度為P3HT:PCBM/鄰二氯苯K15 mg:12 mg)/ml， 過(guò)濾頭孔徑0.2微米，轉(zhuǎn)速600-800 轉(zhuǎn)/分鐘，旋涂時(shí)間15秒，旋涂后待溶劑揮發(fā)后15(TC退火，在真空(10'3Pa)中1小時(shí)， 降溫；
(3) 在光活性層P3HT:PCBM上真空蒸鍍強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系化合物MnO，厚度為15、 30、 60或100A;
(4) 在MnO上真空蒸鍍陰極Al,厚度1500 A。 3、器件的測(cè)量與結(jié)果-
器件在IOO mW/cm2太陽(yáng)能模擬器(Newport) AM 1.5G光照下的電流-電壓由電流-電壓儀(Keithley 2611)室溫空氣中測(cè)量。測(cè)量結(jié)果如圖2 圖3及表1所示，實(shí)施器件在 Isc， FF,PCE方面比參比器件一有很大提高，而且MnO厚度為30埃時(shí)其性能優(yōu)于LiF作 為電子緩沖層的參比器件二。
表1.參比器件一、二和實(shí)施器件的性能比較
器件參比器件一參比器件二實(shí)施器件 (MnO厚度 為15A)實(shí)施器件 (MnO厚度 為30A)實(shí)施器件 (MnO厚度 為60A)實(shí)施器件 (MnO厚度 為iooA)
Voc(V)0.414420.580990.573800.582660.596130.58528
Isc(mA/cm2)6.43317.46037.74328.04767.40766.9071
FF0.340.600.550.620.600.58
PCE(%)0.912.592.432.912.642.35
以上通過(guò)實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明所提供的強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系化合物在有機(jī)太陽(yáng)能電 池器件中改善電子注入與傳輸?shù)膽?yīng)用及其制備方法，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫 離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)做一定的變形或修改，其制備方法也不 限于實(shí)施例中所公開(kāi)的內(nèi)容。
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權(quán)利要求
1.一種有機(jī)太陽(yáng)能電池，包括陽(yáng)極、空穴緩沖層、光活性層和陰極，其特征在于，在光活性層與陰極之間還包括一層材料為強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系化合物的電子緩沖層。
2. 如權(quán)利要求1所述的有機(jī)太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述電子緩沖層的厚度為l-10nm。
3. 如權(quán)利要求2所述的有機(jī)太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述電子緩沖層的厚度為3-4nm。
4. 如權(quán)利要求1所述的有機(jī)太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系化合物為氧 化物型的強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系化合物或有機(jī)強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系化合物。
5. 如權(quán)利要求4所述的有機(jī)太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述氧化物型的強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系化合 物選自下列化合物中的一種或多種氧化錳、氧化鎳、氧化鈷、三氧化二釩和高溫超 導(dǎo)體的銅氧化合物；所述有機(jī)強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系化合物選自下列化合物中的一種或多種 (4,4，,5，5'-雙二硫乙撐基四硫代富瓦烯)高氯酸鹽、四甲基四硒代富瓦烯高氯酸鹽和 (4,4，，5，5'-雙二硫乙撐基四硫代富瓦烯)高錸酸鹽。
6. 如權(quán)利要求1所述的有機(jī)太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述陽(yáng)極的材料為銦錫氧化物、 氟錫氧化物或鋁鋅氧化物。
7. 如權(quán)利要求1所述的有機(jī)太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述空穴緩沖層的材料為聚(3，4-乙撐二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸)、自組裝膜、聚乙烯氧化物、氧化鎳、氧化銀、氧化 鉬、氧化鋅、金和鉑中的一種。
8. 如權(quán)利要求1所述的有機(jī)太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述光活性層的材料為P3HT:PCBM 共混體系，或者聚對(duì)苯乙烯類與富勒烯雙層，或者酞氰鋅、酞氰錫或酞氰銅與富勒烯 雙層。
9. 如權(quán)利要求1所述的有機(jī)太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述陰極材料為鋁、鎂銀合金、 鋰鋁合金或鈣鋁合金。
10. 制備權(quán)利要求1 9中任意一種有機(jī)太陽(yáng)能電池的方法，包括以下步驟1) 在陽(yáng)極上蒸鍍或溶液旋涂空穴緩沖層；2) 在空穴傳輸層上蒸鍍或溶液旋涂光活性層；3) 在光活性層上蒸鍍或溶液旋涂一層強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系化合物作為電子緩沖層；4) 在電子緩沖層上蒸鍍陰極。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了基于強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系的有機(jī)太陽(yáng)能電池及其制備方法。該有機(jī)太陽(yáng)能電池包括陽(yáng)極、空穴緩沖層、光活性層和陰極，其特征在于，在光活性層與陰極之間還包括一層材料為強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系化合物的電子緩沖層，利用強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系化合物在電荷注入的情況下可以發(fā)生絕緣態(tài)-金屬轉(zhuǎn)變的特性，提高有機(jī)層和無(wú)機(jī)電極界面處的電子傳輸能力，從而提高器件的短路電流I_sc和功率轉(zhuǎn)換效率PCE，還可以阻擋蒸鍍金屬陰極時(shí)對(duì)有機(jī)層的損壞，減小器件的缺陷，抑制器件的退化，而且，相比于通用的LiF電子緩沖層，本發(fā)明的制作工藝簡(jiǎn)單方便，容易控制，器件性能也更優(yōu)良。
文檔編號(hào)H01L51/46GK101562231SQ200910083709
公開(kāi)日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者羅佳秀, 肖立新, 陳志堅(jiān), 龔旗煌 申請(qǐng)人:北京大學(xué)