專利名稱：處理光電活性層和有機(jī)基光電元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)基光電元件，特別是包括在藍(lán)色光區(qū)域吸收的光電活性層的太陽(yáng)能電池。
已知有機(jī)基太陽(yáng)能電池來(lái)自1994年的美國(guó)專利5,331,183和隨后大量的出版物。
特別熟知的是以聚烷基噻吩(P3AT)為基礎(chǔ)的有機(jī)太陽(yáng)能電池。這種光電元件典型的電池結(jié)構(gòu)包括如下的薄層陽(yáng)極，復(fù)合層，例如ITO(銦錫氧化物)，共聚物的空穴-導(dǎo)電層蓋在上面，如PEDOT與作為陰離子的PSS的混合物。頂部是一層P3ATPCBM[聚(3-己基噻吩)與苯基C61-丁氧基甲氧基的混合]，該層是光電活性層。在其之上是陰極層，例如，包含金屬如鋁或Ca/Ag合金。然而，單獨(dú)層可以不同于這一方式；特別是電極和接受器(PCBM)均可以由另外的材料制造。例如，已經(jīng)使用氰基取代的PPVs(CN PPVs)作為接受器；但是可預(yù)期聚噻吩中有任意的多種添加物。
需要將光電活性層的最大吸收轉(zhuǎn)移到更長(zhǎng)的波段，一則因?yàn)榫坂绶耘c富勒烯混合引起最大吸收的藍(lán)色偏移。這增加了不匹配性，即，最大吸收和陽(yáng)光的峰發(fā)射之間的差異。
本發(fā)明的目的是提供一種方法，按照這一方法光電活性層的最大吸收可被轉(zhuǎn)移到更長(zhǎng)的波段區(qū)域和/或改進(jìn)它的效率(例如，通過(guò)增加短路電流)。特別地，本發(fā)明的目的是提供一種方法，由此方法含聚(烷基)噻吩與富勒烯的混合物的光電活性層的最大吸收可被轉(zhuǎn)移到更長(zhǎng)的波段。
本發(fā)明涉及一種用溶劑和/或通過(guò)退火來(lái)處理光電活性層的方法，其特征在于光電活性層與溶劑分子接觸和/或?qū)ζ浼訜?。本發(fā)明還涉及一種光電活性元件，其包括在混合物中含聚烷基噻吩的光電活性層，且該光電活性元件在深紅色區(qū)域吸收。
光電活性層優(yōu)選聚烷基噻吩，其與添加劑以混合物的形式存在，所述添加劑如富勒烯，尤其是亞甲基富勒烯。例如，代替富勒烯的其它添加劑可為基于如下物質(zhì)的無(wú)機(jī)納米粒子碲化鎘(CdTe)；硫化鎘(CdS)；具有高親電子能力的聚合物，如，氰基取代的PPVs(CNPPVs)；或具有高親電子能力的小分子，如，四氰基醌(TCNQ)或四氰基蒽醌二甲烷(TCAQ)。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，在室溫下光電活性層暴露于溶劑蒸氣。例如，這可通過(guò)使光電活性層經(jīng)過(guò)(保持)含有溶劑的容器上部和/或?qū)⑷軇┱魵鈧鲗?dǎo)到光電活性層上來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在一個(gè)實(shí)施例中，光電活性層僅短暫地暴露于溶劑蒸氣，即，少于一分鐘，或例如僅在秒或豪秒的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在至少70℃的溫度下，優(yōu)選約80℃或更高的溫度下，使光電活性層退火?？捎枚搪冯娏鞯脑黾觼?lái)監(jiān)測(cè)退火的進(jìn)程。也可考慮其它溫度和時(shí)間的組合；當(dāng)光電參數(shù)一停止增加就可認(rèn)為完成了這一過(guò)程?？赏ㄟ^(guò)將光電活性層放置在干燥爐中或放在熱板上或類似物上進(jìn)行退火。退火同時(shí)也可進(jìn)行溶劑處理。
使用的溶劑例如可以是芳香族溶劑，如二甲苯、甲苯或類似物；或含鹵素的溶劑如氯仿或類似物。根據(jù)形成光電活性層材料的混合物選擇適當(dāng)溶劑。溶劑的影響在于，例如，溶劑二甲苯、甲苯、丁酮和/或氯仿和/或其它溶劑或所述溶劑的任意混合物至少部分蝕刻和/或軟化聚烷基噻吩。
用常規(guī)方式制備光電活性層；按照現(xiàn)有技術(shù)，例如，由P3AT[聚(3-烷基噻吩)]/PCBM(苯基C61-丁氧基甲氧基)溶液形成旋涂薄膜或由標(biāo)準(zhǔn)的印刷方法進(jìn)行(絲網(wǎng)印刷法，苯胺印刷(術(shù))等)。
在下面反映實(shí)驗(yàn)結(jié)果的三幅圖的基礎(chǔ)上，對(duì)這些圖作更詳細(xì)的描述。


圖1表示在玻璃上有和沒有富勒稀的條件下，溶劑蒸氣對(duì)用氯仿旋涂的P3AT膜吸收的影響，三角形表示在玻璃上的純P3AT膜，實(shí)心矩形表示P3AT/PCBM膜。圖中清楚表明在P3AT的典型吸收約550nm波長(zhǎng)范圍，該薄膜缺少吸收貢獻(xiàn)。一旦該膜暴露于氯仿蒸氣(空心菱形)，其對(duì)P3AT的典型吸收特征再次明顯。
圖2表示短路電流Isc(實(shí)心矩形)和效率(實(shí)心圓圈)隨該層退火溫度的變化。每個(gè)樣品(結(jié)構(gòu)ITO/PEDOT/P3HTPCBM/Ca/Ag)退火20分鐘，并室溫時(shí)在70mW/cm2氙氣燈白光的照射下測(cè)量其電學(xué)特征(Isc和效率)?？梢钥吹剑跍囟却笥?0℃時(shí)短路電流開始增加，因而效率也開始增加。
圖3表示在溶劑蒸氣處理之前(實(shí)心圓圈)或之后(實(shí)線矩形)，經(jīng)過(guò)一次溫度處理后電池的電流/電壓(I/V)特征。短路電流(Isc)和效率的增加反映了電池吸收性能的紅移(見圖1說(shuō)明)。
P3ATs，尤其是聚己基噻吩與富勒烯混合引起P3AT的最大吸收偏移高于100nm進(jìn)入藍(lán)色光譜區(qū)域。這增加了太陽(yáng)能電池和太陽(yáng)光譜之間的光譜不匹配。該發(fā)明解決了如下問(wèn)題a)通過(guò)溶劑退火，使P3AT/富勒烯薄膜吸收偏移回紅色光譜區(qū)域，和b)由溫度退火增加太陽(yáng)能電池的效率。
在本發(fā)明的上下文中，“退火”表示為了達(dá)到目的而進(jìn)行的光電活性層處理，即引起該層最大吸收的紅移。
權(quán)利要求
1.一種用溶劑和/或由退火處理光電活性層的方法，特征在于所說(shuō)的光電活性層與溶劑分子接觸和/或被加熱。
2.按照權(quán)利要求1中的方法，其中所述的光電活性層是與添加劑以混合物形式存在的聚烷基噻吩，其中添加劑例如，富勒烯，尤其是亞甲基富勒烯。
3.按照權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)的方法，其中將所述的光電活性層置于溶劑蒸氣中。
4.按照權(quán)利要求3中的方法，其中在室溫下將所述光電活性層置于所述溶劑蒸氣中。
5.按照上述任一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其中將所述的光電活性層置于所述溶劑蒸氣中不超過(guò)一分鐘。
6.按照上述任一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其中所述的溶劑是二甲苯、甲苯、丁酮和/或氯仿和/或另外的溶劑和/或所述溶劑的任意混合物，其至少部分蝕刻和/或軟化所述的聚烷基噻吩。
7.按照上述任一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其中在溫度至少70℃下退火處理所述的光電活性層。
8.一種包括光電活性層的光電元件，所說(shuō)的光電活性層包括混合物中的聚烷基噻吩，其中該光電層在深紅區(qū)有最大吸收。
全文摘要
本發(fā)明涉及有機(jī)基光電元件，特別是包括光電活性層的太陽(yáng)能電池，其中活性層的最大吸收可移動(dòng)到較長(zhǎng)波的區(qū)域和/或可增加其效率。
文檔編號(hào)H01L51/30GK1682362SQ03821159
公開日2005年10月12日 申請(qǐng)日期2003年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月5日
發(fā)明者克里斯托夫·布拉貝克, 帕維爾·希林斯基, 克里斯托夫·瓦爾道夫 申請(qǐng)人:孔納爾卡技術(shù)公司