光活性層、包括該光活性層的有機(jī)光伏電池及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本說明書設(shè)及光活性層，包括該光活性層的有機(jī)光伏電池，及其制造方法。
[0002] 本說明書要求2013年5月10日在韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)第 10-2013-0053376號(hào)的優(yōu)先權(quán)和利益，其全部?jī)?nèi)容通過引用并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003] 由于無污染的優(yōu)點(diǎn)，光伏電池從全球環(huán)境保護(hù)的視角受到重新評(píng)估，并且對(duì)作為 下一代清潔能源的光伏電池的研究已在活躍地進(jìn)行。
[0004] 作為迄今已知的光伏電池的類型，存在許多不同的類型，例如化合物半導(dǎo)體太陽 能電池、染料敏化太陽能電池和有機(jī)聚合物太陽能電池，包括使用單晶或多晶塊體娃的太 陽能電池，和使用非晶、微晶或多晶娃的薄膜型太陽能電池。
[0005] 在相關(guān)技術(shù)中，使用市售的單晶塊體娃的太陽能電池由于高昂的制造成本和安裝 成本尚未被積極利用。
[0006] 為了解決成本問題，已經(jīng)對(duì)使用有機(jī)材料的薄膜型太陽能電池進(jìn)行了研究，并且 用于制造高效光伏電池的各種嘗試已被提出。
[0007] 有機(jī)薄膜光伏電池技術(shù)，作為其中使用聚合物或低分子有機(jī)半導(dǎo)體將太陽能轉(zhuǎn)換 成電能的技術(shù)，是下一代技術(shù)，均包括超低價(jià)格和通用大量生產(chǎn)的特性，例如薄膜型裝置、 大型裝置W及基于低成本和制造過程容易（其為有機(jī)材料的最大優(yōu)點(diǎn)）的通過卷對(duì)卷法的 柔性裝置。
[0008] 通常，有機(jī)光伏電池包括由電子給體和電子受體材料的接合結(jié)構(gòu)組成的光活性 層。
[0009] 當(dāng)光入射到光活性層時(shí)，電子和空穴對(duì)在電子給體中被激發(fā)，并且在電子移動(dòng)到 電子受體時(shí)發(fā)生電子和空穴的分離。因此，由光產(chǎn)生的載流子在載流子分離成電子-空穴 并隨后移動(dòng)到外部電路時(shí)產(chǎn)生電力。
[0010] 由于上述原因，最近的關(guān)注點(diǎn)集中在價(jià)格低廉并且可W應(yīng)用到柔性基底的體異質(zhì) 結(jié)有機(jī)光伏電池上。
[0011] 美國(guó)專利申請(qǐng)公開第2006-0011233號(hào)公開了有機(jī)光伏電池，其中使用聚（3-己基 嚷吩）（P3HT)作為電子給體和[6,6]-苯基-C61-下酸甲醋（PCBM)作為電子受體，并且通 過旋涂法引入光活性層，但其能量轉(zhuǎn)換效率不是很高。
[001引[現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]
[0013][專利文獻(xiàn)]
[0014] 韓國(guó)專利申請(qǐng)公開第2007-0101430號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[001引技術(shù)問題
[0016] 本說明書設(shè)及光活性層，包括該光活性層的有機(jī)光伏電池，及其制造方法。
[0017]技術(shù)方案
[0018]本說明書的示例性實(shí)施方案提供有機(jī)光伏電池，其包括：第一電極；設(shè)置為與第 一電極相對(duì)的第二電極；W及布置在第一電極和第二電極之間的光活性層，其中光活性層 包括電子受體、電子給體、W及含有減小表面能的官能團(tuán)的化合物。
[0019]本說明書的示例性實(shí)施方案提供包括電子受體和電子給體的光活性層，其中光活 性層包括還含有減小電子受體表面能的官能團(tuán)的化合物。
[0020] 本說明書的另一個(gè)示例性實(shí)施方案提供用于制造有機(jī)光伏電池的方法，所述方法 包括：制備基底；在基底的區(qū)域形成第一電極；在第一電極的上部形成包括光活性層的有 機(jī)材料層；W及在有機(jī)材料層的上部形成第二電極，其中光活性層包括電子受體、電子給 體、W及含有減小電子受體表面能的官能團(tuán)的化合物。
[0021] 有益效果
[0022] 根據(jù)本說明書的示例性實(shí)施方案的有機(jī)光伏電池將含有減小電子受體表面能的 官能團(tuán)的化合物引入光活性層的內(nèi)部，從而使電子受體和電子給體在光活性層內(nèi)部均勻分 布。在運(yùn)種情況下，可W調(diào)節(jié)光活性層的形態(tài)，從而提高短路電流密度和填充因子。由此， 可W提供高效的有機(jī)光伏電池。
【附圖說明】
[0023] 圖1是示出根據(jù)含有減小電子受體表面能的官能團(tuán)的化合物的含量，在P3HT/ PCBM膜表面上的硫/氧原子相對(duì)比率的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下文將對(duì)本說明書進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0025]本說明書的示例性實(shí)施方案提供一種有機(jī)光伏電池，其包括：第一電極；提供為 與第一電極相對(duì)的第二電極；W及布置在第一電極和第二電極之間的光活性層，其中光活 性層包括電子受體、電子給體、W及含有減小表面能的官能團(tuán)的化合物。
[0026]在本說明書中，電子給體一般指具有負(fù)電荷或非共價(jià)電子對(duì)并且向正電荷或電子 對(duì)缺乏的部分供給電子。此外，電子給體包括即使不具有負(fù)電荷或非共價(jià)電子對(duì)，但在與電 子受體的混合狀態(tài)下，當(dāng)接收光時(shí)能夠?qū)⑹芗る娮愚D(zhuǎn)移到由于分子本身的優(yōu)異電子保留性 質(zhì)而具有高電負(fù)性的電子受體的那些。
[0027]在本說明書中，電子受體是指從電子給體接受電子的那些。
[0028]在本說明書中，表面能是指固體的表面張力，并且可W通過滴下特定溶劑W測(cè)量 接觸角來計(jì)算。通過測(cè)量接觸角來獲得表面能的方法是在本領(lǐng)域中通常使用的方法。
[0029]在本說明書的示例性實(shí)施方案中，含有減小表面能的官能團(tuán)的化合物不與電子受 體或電子給體相結(jié)合，因此不影響電子給體或電子受體的功能。
[0030]此外，在本說明書的示例性實(shí)施方案中，含有減小表面能的官能團(tuán)的化合物不影 響電子受體或電子給體的功能。此外，含有減小表面能的官能團(tuán)的化合物減小表面能而不 用于接受或供給電子。
[0031]在本說明書的示例性實(shí)施方案中，含有減小表面能的官能團(tuán)的化合物可W相比于 對(duì)電子給體具有對(duì)電子受體的親和力，從而選擇性地減小電子受體的表面能。
[0032] 在本說明書的示例性實(shí)施方案中，含有減小表面能的官能團(tuán)的化合物減小電子受 體的表面能。
[0033] 當(dāng)選擇性地減小電子受體的表面能時(shí)，防止了電子給體因?yàn)楸砻婺芟鄬?duì)低而緊密 堆積在光活性層的表面上的現(xiàn)象。此外，電子受體和電子給體之間的表面能差異可W減小， W允許電子受體和電子給體均勻分布在光活性層的內(nèi)部，從而提供光活性層的適當(dāng)形態(tài)。 在運(yùn)種情況下，可W提供高效的有機(jī)光伏電池。
[0034] 在本說明書的示例性實(shí)施方案中，當(dāng)含有減小表面能的官能團(tuán)的化合物被放入光 活性層時(shí)，電子受體的表面能與電子給體的表面能相差0. 1 %至30%。
[0035] 在本說明書的示例性實(shí)施方案中，含有減小表面能的官能團(tuán)的化合物在常溫下是 固體化合物，并且即使在制備了光活性層之后也仍保留在光活性層內(nèi)部。
[0036]目P，根據(jù)本說明書的示例性實(shí)施方案的含有減小表面能的官能團(tuán)的化合物不充當(dāng) 溶解電子受體和電子給體的溶劑。
[0037] 含有減小表面能的官能團(tuán)的化合物保留在光活性層內(nèi)部W允許電子受體和電子 給體均勻分布，從而用于控制光活性層的形態(tài)。
[0038] 在本說明書的示例性實(shí)施方案中，含有減小表面能的官能團(tuán)的化合物按電子受體 的重量計(jì)W0. 25重量％至1重量％的量存在。
[003引在該范圍內(nèi)，電子受體的表面能可W控制為與電子給體的表面能相似。因此，電子 受體和電子給體之間的表面能差異可W減小，W允許電子受體和電子給體均勻分布在光活 性層內(nèi)部，從而賦予降低光活性層的表面粗糖度的效果。
[0040] 圖1是示出根據(jù)含有減小電子受體表面能的官能團(tuán)的化合物的含量，在P3HT/ PCBM膜表面上的硫/氧原子相對(duì)比率的圖。
[0041] 具體而言，在P3HT中的硫原子和在PCBM中的氧原子的比率通過二次離子質(zhì)譜法 (SIM巧進(jìn)行測(cè)量。
[0042] 如圖1所示，不包括含有減小表面能的官能團(tuán)的化合物的光活性層膜表面的硫/ 氧原子的比率接近約2倍。可W證實(shí)電子給體（P3HT)存在于表面上。當(dāng)包括含有減小表 面能的官能團(tuán)的化合物時(shí)，可W證實(shí)硫/氧的比率降低。
[0043] 另外，可W證實(shí)在含有減小表面能的官能團(tuán)的化合物化2,3,3,4,4,4-屯 氣-N-苯基-下基酷胺）為0. 25重量％至1重量％時(shí)，光活性層表面上的硫和氧的含量彼 此相似?？蒞證明電子受體和電子給體均勻分布。
[0044] 在本說明書的示例性實(shí)施方案中，減小表面能的官能團(tuán)包括至少一個(gè)氣基（F)。
[0045] 在本說明書的示例性實(shí)施方案中，減小表面能的官能團(tuán)包括具有1至20個(gè)碳原子 的被取代或未被取代的烷基，并且在烷基中取代有至少一個(gè)氣基。
[0046] 在本說明書的示例性實(shí)施方案中，含有減小表面能的官能團(tuán)的化合物提供由下式 1表示的化合物。
[0047][式1]
[0048]Ar--L--R
[0049] 在式1中，
[0050]Ar為被取代或未被取代的芳基；或者被取代或未被取代的雜環(huán)基，
[0051] L為直接的鍵；被取代或未被取代的二價(jià)酷胺基；被取代或未被取代的亞烷基；被 取代或未被取代的亞芳基；或者包含N、O和S原子中的一者或更多者的被取代或未被取代 的二價(jià)雜環(huán)基，并且
[0052] R是具有1至20個(gè)碳原子的烷基，其被至少一個(gè)氣基取代。
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