一种有机太阳电池及其异质界面调控方法与流程

本发明涉及能源材料，尤其涉及一种有机太阳电池及其异质界面调控方法。

背景技术：

1、太阳能作为一种可持续发展的清洁能源，在解决全球能源危机方面发挥着重要作用，光催化技术是利用半导体材料将太阳能转化为化学能的一种重要手段，当半导体材料吸收太阳光后，其价带中的电子会被激发跃迁到导带上，产生光生电子和空穴对，进而驱动化学反应。

2、近年来，有机太阳电池因其轻质、柔韧及易于大规模制造等优点而受到了广泛的关注，目前，有机太阳电池的光电转换效率接近19％，显示出巨大的应用潜力，然而，金属氧化物纳米粒子例如氧化钼（moox）纳米粒子具有大量的表界面缺陷态，与高性能非富勒烯受体能级不匹配，这导致了界面处载流子的严重复合，降低了光生电荷的有效分离和迁移效率，从而导致光生电荷利用率差、光-化学能转化效率低，此外，moox纳米粒子在溶液中容易发生团聚，这不仅影响了材料的加工性能，还限制了其导电性，这些问题严重制约了有机活性层与金属氧化物纳米粒子之间的电荷输运，从而影响有机太阳电池的效率和稳定性；

3、因此，开发性质优异的钝化金属氧化物纳米粒子材料，对金属纳米颗粒与半导体材料的界面进行微观环境调控实现高效电荷分离和转移，从而获取高效光催化性能，对实现低成本高性能的有机太阳电池至关重要。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种有机太阳电池及其异质界面调控方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种有机太阳电池的异质界面调控方法，包括以下步骤：

4、s1：将乙氧基长链有机磷酸和金属氧化物纳米粒子共混于有机溶剂中，得到基础溶液；

5、s2：使用超声振荡器对基础溶液进行搅拌，使金属氧化物纳米粒子钝化，得到纳米溶液；

6、s3：在有机太阳电池的氧化铟锡表面旋涂纳米溶液，得到薄膜；

7、s4：将薄膜进行低温退火处理，实现金属氧化物纳米颗粒与有机半导体材料的界面调控。

8、作为本发明的一种优选技术方案，所述乙氧基长链有机磷酸为[4-(3，6-二(2-甲氧基乙氧基)9-h-咔唑-9-基)丁基]膦酸、[4-(2，7-二(2-甲氧基乙氧基)9-h-咔唑-9-基)丁基]膦酸、[4-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)苄基]膦酸、[4-(2-甲氧基乙氧基)苄基]膦酸分子中的一种，其结构式分别如下：

9、。

10、作为本发明的一种优选技术方案，所述s1中，乙氧基长链有机磷酸与金属氧化物纳米粒子的质量投料比为1：5-20，所述s2中，钝化反应时间为6-24h，所述纳米溶液中金属氧化物纳米粒子的浓度为1-100mg·ml-1。

11、作为本发明的一种优选技术方案，所述s1中，有机溶剂为醇类溶剂、含卤溶剂、非卤溶剂中的一种。

12、作为本发明的一种优选技术方案，所述s4中，低温退火处理温度为20-200℃，退火时间为5-30min。

13、作为本发明的一种优选技术方案，所述金属氧化物纳米粒子为氧化钼纳米粒子；

14、所述氧化钼纳米粒子制备步骤如下：

15、ss1：向三氧化钼粉末中加入去离子水，得到悬浮液；

16、ss2：向悬浮液中加入双氧水，得到混合液；

17、ss3：对混合液进行加热，加热温度为30-60℃，同时使用超声波振荡器对混合液进行搅拌，反应时间为3-5h，得到预处理液；

18、ss4：将预处理液自然冷却至室温，对预处理液进行过滤，将固体颗粒滤除并回收，得到滤液；

19、ss5：对滤液进行浓缩处理，得到氧化钼纳米粒子。

20、作为本发明的一种优选技术方案，所述氧化钼纳米粒子制备步骤中，每1g三氧化钼粉末中：

21、去离子水的含量为50-100ml；

22、双氧水的质量浓度为30%，含量为5-10ml。

23、一种有机太阳电池，包括由下至上依次呈层状排布的基底、氧化铟锡、空穴传输层、活性层、电子传输层和金属电极层；

24、所述空穴传输层采用上述所述一种有机太阳电池的异质界面调控方法制得。

25、作为本发明的一种优选技术方案，所述活性层为有机电子给体材料和有机电子受体材料的共混膜；

26、有机电子给体材料为pm6；

27、有机电子受体材料为y6、b0-4cl、b0-4cl和y6-10组合材料中的一种。

28、作为本发明的一种优选技术方案，所述基底材料为玻璃、石英、柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯、柔性聚萘二甲酸乙二醇酯中的一种。

29、本发明具有以下有益效果：

30、通过乙氧基长链有机磷酸钝化金属氧化物纳米粒子，改善了有机－无机异质界面的化学、电学和电子特性，利用有机磷酸钝化氧化钼纳米粒子，对金属纳米颗粒与有机半导体材料的界面进行微观环境调控，提高半导体材料光生电荷分离和转移效率，实现了以金属氧化物作为空穴传输层的有机太阳电池的最高光电转换效率，提升了有机太阳电池的光稳定性。

技术特征：

1.一种有机太阳电池的异质界面调控方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种有机太阳电池的异质界面调控方法，其特征在于，所述乙氧基长链有机磷酸为[4-(3，6-二(2-甲氧基乙氧基)9-h-咔唑-9-基)丁基]膦酸、[4-(2，7-二(2-甲氧基乙氧基)9-h-咔唑-9-基)丁基]膦酸、[4-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)苄基]膦酸、[4-(2-甲氧基乙氧基)苄基]膦酸分子中的一种，其结构式分别如下：

3.根据权利要求1所述的一种有机太阳电池的异质界面调控方法，其特征在于，所述s1中，乙氧基长链有机磷酸与金属氧化物纳米粒子的质量投料比为1：5-20，所述s2中，钝化反应时间为6-24h，所述纳米溶液中金属氧化物纳米粒子的浓度为1-100 mg·ml-1。

4.根据权利要求1所述的一种有机太阳电池的异质界面调控方法，其特征在于，所述s1中，有机溶剂为醇类溶剂、含卤溶剂、非卤溶剂中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种有机太阳电池的异质界面调控方法，其特征在于，所述s4中，低温退火处理温度为20-200℃，退火时间为5-30min。

6.根据权利要求1所述的一种有机太阳电池的异质界面调控方法，其特征在于，所述金属氧化物纳米粒子为氧化钼纳米粒子；

7.根据权利要求6所述的一种有机太阳电池的异质界面调控方法，其特征在于，所述氧化钼纳米粒子制备步骤中，每1g三氧化钼粉末中：

8.一种有机太阳电池，其特征在于，包括由下至上依次呈层状排布的基底、氧化铟锡、空穴传输层、活性层、电子传输层和金属电极层；

9.根据权利要求8所述的一种有机太阳电池，其特征在于，所述活性层为有机电子给体材料和有机电子受体材料的共混膜；

10.根据权利要求8所述的一种有机太阳电池，其特征在于，所述基底材料为玻璃、石英、柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯、柔性聚萘二甲酸乙二醇酯中的一种。

技术总结本发明涉及能源材料技术领域，并公开了一种有机太阳电池及其异质界面调控方法，包括将乙氧基长链有机磷酸和金属氧化物纳米粒子共混于有机溶剂中，得到基础溶液；使用超声振荡器对基础溶液进行搅拌，得到纳米溶液；在有机太阳电池的氧化铟锡表面旋涂纳米溶液，得到薄膜；将薄膜进行低温退火处理。本发明提出的有机太阳电池能够改善有机‑无机异质界面的化学、电学和电子特性，利用有机磷酸钝化的氧化钼纳米粒子，对金属纳米颗粒与有机半导体材料的界面进行微观环境调控，提高半导体材料光生电荷分离和转移效率，实现了以金属氧化物作为空穴传输层的有机太阳电池的最高光电转换效率，提升了有机太阳电池的光稳定性。技术研发人员：请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名受保护的技术使用者：能丰（杭州）光电科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2