CN111180588B - 一种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池，有机太阳能电池采用反型结构，活性层由底体异质结活性层和顶体异质结活性层组成，且底体异质结活性层和顶体异质结活性层形成连续相互渗透的垂直梯度分布相态。制备出四元高效厚膜有机太阳能电池器件，在有效提高有机太阳能电池器件光吸收能力的情况下，同时解决有机太阳能电池光活性层内垂直相分离不佳，从而导致光生载流子的分离、传输效率低的问题，进一步地使用不同体系双体异质结结构能够有效的与阴/阳极缓冲层形成欧姆接触，有效解决了有机太阳能电池界面接触电阻较大与载流子复合几率较高，最终降低器件性能的问题。

Description

一种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池及其制 备方法

技术领域

本发明涉及有机聚合物光伏器件或新能源太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着世界经济的飞速发展和科学技术的日益更新，人类对能源的需求与日俱增，然而传统化石能源的过度使用造成的化石能源储量骤减及环境污染这两大类问题也随之出现，因此，开发利用新型清洁能源被认为是新世纪的一个重点项目。在此背景下，太阳能作为一种可再生绿色能源，以其取之不尽，用之不竭、分布广泛、完全绿色无污染等特点受到了科研人员的广泛关注。而太阳能电池作为一种能够直接将太阳光能直接转换为电能的太阳能开发和利用手段，逐渐成为前沿热门研究领域。根据太阳能电池光活性层材料的不同，可以将太阳能电池简单的分为无机和有机半导体材料太阳能电池。无机半导体材料太阳能电池由于发展起步早，研究比较广泛，且已进行商业化电池的相关应用。然而该类型电池器件制备工艺复杂，制造成本高昂和会造成环境污染等因素限制了自身的进一步发展。反之，基于有机半导体材料制备的有机太阳能电池，不仅具有与无机太阳能电池相同的最高理论光电转换效率，还具备工艺简单，材料来源广泛，可基于柔性衬底制备，可大面积生产，绿色无污染，质量轻，成本低等一系列的优点，使其成为解决能源危机的希望所在。

在过去的10多年中，针对单结活性层有机太阳能电池器件光谱吸收范围窄，光电转换效率不够的问题，研究人员提出了使用如三元混合、四元混合、厚膜制备及叠层器件制备等不同策略，这些研究有效的将有机太阳能电池器件的性能从最初的小于2.5％提升至目前最高性能17.3％。

但相较而言，目前这些改进方式各有优缺点，如多元混合模式能够有效的拓宽光谱吸收，但是混合多种材料于单一薄膜中，各部分的工作机理功效解释研究并不充足；厚膜器件制备同样能够提高光生电流，但该体系由于膜厚及有机材料聚集特性的影响，有机分子易在活性层内聚集，形成大尺度纯相态，进而阻碍光生电荷在活性层内部的激子分离；而叠层器件作为目前广受研究人员关注的高性能有机太阳能电池制备工艺，其制备成本较高且工序多制备复杂，因此不利于有机太阳能电池的商业化生产。因此，研究如何用简单的制备工艺实现多元混合厚膜高效有机太阳能电池的制备成为了当下研究的重点。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池及其制备方法，制备四元高效厚膜有机太阳能电池器件，在有效提高有机太阳能电池器件光吸收能力的情况下，同时解决有机太阳能电池光活性层内垂直相分离不佳，从而导致光生载流子的分离、传输效率低的问题，同时使用不同体系双体异质结结构能够有效的与阴/阳极缓冲层形成欧姆接触，有效解决了有机太阳能电池界面接触电阻较大与载流子复合几率较高，最终降低器件性能的问题。

本发明采用的技术方案如下：一种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池，所述的有机太阳能电池采用反型结构，包括活性层，所述的活性层由底体异质结活性层和顶体异质结活性层组成，且所述底体异质结活性层和顶体异质结活性层形成连续相互渗透的垂直梯度分布相态。

有机太阳能电池采用反型结构，从下到上依次为衬底，透明导电阴极ITO，ZnO阴极缓冲层，光活性层，MoO₃阳极缓冲层，金属阳极；所述连续刮涂工艺为首先在ZnO阴极缓冲层上刮涂底层体异质结溶液制备底体异质结活性层，经过适当的加热退火后，在恒温加热的底体异质结活性层上刮涂顶体异质结溶液制备顶体异质结活性层。

进一步的，所述活性层的厚度范围为100～400nm。

进一步的，所述底体异质结活性层由电子给体材料PffBT4T-2OD(聚[(4，7-双(4-(2-乙基己基)噻吩-2-基)-5，6-二氟苯并[C][1，2，5]噻二唑-5，5-二基)([2，2′]联噻吩-5，5′-二基)])与受体材料PC₇₁BM混合溶液制备而成；厚度范围为120～220nm。

进一步的，所述顶体异质结活性层由给体材料PBDB-T-SF与受体非富勒烯材料IT-4F的混合溶液制备而成。

进一步的，所述反型结构包括从下到上依次为衬底，透明导电阴极ITO，阴极缓冲层，光活性层，阳极缓冲层，金属阳极。

进一步的，所述阴极缓冲层材料为ZnO，厚度范围为20～50nm。

进一步的，所述透明导电阴极ITO材料为Ag、Al或Au中的一种或多种，厚度范围为100～200nm。

进一步的，所述衬底材料为玻璃或透明聚合物，所述透明聚合物材料为聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂和聚丙烯酸的一种或多种。

一种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池的制备方法，包括将底体异质结活性层混合溶液PffBT4T-2OD∶PC₇₁BM滴覆在阴极缓冲层上后使用刀片刮涂工艺制备底体异质结活性层，并进行加热处理；后置于恒温热台上，在底体异质结活性层上滴覆顶体异质结活性层混合溶液PBDB-T-SF∶IT-4F，后使用刀片刮涂工艺制备顶体异质结活性层，并进行热退火。

该方法有效的利用底体异质结活性层需要高温溶解的特性，保证同种溶剂条件下顶体异质结溶液不会完全溶解底体异质结活性层，同时由于对溶剂的共融性，使得顶体异质结溶液向底体异质结活性层部分渗透，进而促进双体异质结形成连续相互渗透的垂直梯度分布相态。基于此，该厚膜有机太阳能电池能够捕获更多的入射光子进而提高器件短路电流，同时相互渗透的垂直梯度分布相态能够有效加强光活性层内电荷分离传输的能力，更进一步的，通过选择合适的体异质结活性层作为底/顶体异质结活性层，可以改善光活性层与阴/阳极缓冲层间的接触，促进其形成欧姆接触，减小界面间形成的接触电阻，进一步的提高不同功能层之间的电荷传输能力，最终达到提高有机太阳能电池器件各方面性能参数的目的。

进一步的，所述底体异质结活性层混合溶液PffBT4T-2OD∶PC₇₁BM的质量百分比为1∶6～6∶1，浓度为10～30mg/ml；所述顶体异质结活性层混合溶液PBDB-T-SF：IT-4F的质量百分比为1∶6～6∶1，浓度为10～30mg/ml。

进一步的，所述加热处理和退火方式采用恒温热台加热、烘箱加热、远红外加热、热风加热的一种或多种。

进一步的，所述加热温度处理范围为50～100℃。

一种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池的制备方法，具体的制备方法包括：

(1)对由衬底及导电阴极所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；

(2)在透明导电阴极ITO表面旋转涂覆、印刷或喷涂阴极缓冲层，并进行热退火；

(3)将底体异质结活性层混合溶液PffBT4T-2OD∶PC₇₁BM滴覆在阴极缓冲层上后使用刀片刮涂工艺制备底体异质结活性层，并进行加热处理；

(4)将步骤(3)处理过的基板置于恒温热台上，在底体异质结活性层上滴覆顶体异质结活性层溶液PBDB-T-SF∶IT-4F后使用刀片刮涂工艺制备顶体异质结活性层，并进行热退火；

(5)在真空度为3*10^-3Pa条件下，在光活性层表面蒸镀MoO₃，制备得到阳极缓冲层；

(6)在真空度为3*10^-4Pa条件下，蒸镀金属阳极。

进一步的，步骤(2)在透明导电阴极ITO表面旋转涂覆、印刷或喷涂阴极缓冲层ZnO溶胶凝胶前驱溶液，并进行热退火；所述热退火温度范围在200～250℃，时间范围为1～2h。

综上所述，本发明相较于现有技术的有益效果是：

(1)本发明中使用的PffBT4T-2OD：PC₇₁BM底体异质结活性层溶液是一种在氯苯中溶解度低，需要高温溶解的混合体系，基于此，保证了刮涂顶体异质结活性层PBDB-T-SF：IT-4F氯苯溶液时，氯苯溶液不会过度破坏底体异质结活性层，同时避免传统叠层器件需要使用正交溶剂降低器件性能的问题；

(2)通过使用本发明中双体异质结的结构，在单一活性层中结合4种有机材料，该4种材料能级排列连续，有效的拓宽了单结有机太阳能电池的吸收光谱范围，进而提高器件短路电流密度(Jsc)，同时保障了光生载流子在活性层内部的传输效率；

(3)通过使用合适的两种体系体异质结，保证底/顶异质结能够分别与阴/阳缓冲层形成良好的欧姆接触，有效的提升界面间电荷载流子的传输能力，进一步的，在刮涂顶体异质结活性层PBDB-T-SF：IT-4F氯苯溶液时，由于使用相同溶剂，PBDB-T-SF：IT-4F氯苯溶液能够部分渗透至底体异质结活性层中，形成双体异质结相互渗透的相态，有效的提高了活性层内部电荷载流子的分离与传输能力，进而提高有机太阳能电池器件性能。

附图说明

图1是本发明所涉及的一种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池的结构示意图；

图2是本发明连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池光活性层内部相互渗透相态布示意图；

附图标记为：1-衬底，2-透明导电阴极ITO，3-阴极缓冲层，4-光活性层，5-阳极缓冲层，6-金属阳极；401-底体异质结活性层PffBT4T-2OD∶PC₇₁BM相形态，402-顶体异质结活性层PBDB-T-SF∶IT-4F相形态。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图1～2及实施例1～12对本发明作进一步说明。

实施例1(对照组)：

(1)对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底1及透明导电阴极ITO2所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；

(2)在透明导电阴极ITO2表面旋转涂覆ZnO(5000rpm，50s，40nm)制备阴极缓冲层33，并将所形成的薄膜进行热退火处理(200℃，2h)；

(3)在阴极缓冲层3上滴覆PffBT4T-2OD∶PC71BM∶PBDB-T-SF∶ITT-4F(1∶1.2∶1∶1，31mg/m1)溶液，采用刮涂工艺制备光活性层4(300nm)，并进行热退火处理(110℃，10min)；

(4)在光活性层4上蒸镀阳极缓冲层5MoO3(15nm)；

(5)在阳极缓冲层5上蒸镀金属阳极Ag(100nm)；

(6)在标准测试条件下：AM 1.5，100mW/cm2，测得器件的开路电压(VOC)＝0.83V，短路电流(JSC)＝19.21mA/cm2，填充因子(FF)＝0.67，光电转换效率(PCE)＝10.68％。

实施例2：

(1)对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底1及透明导电阴极ITO2所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；

(2)在透明导电阴极ITO2表面旋转涂覆ZnO(5000rpm，50s，40nm)制备阴极缓冲层3，并将所形成的薄膜进行热退火处理(200℃，2h)；

(3)在阴极缓冲层3上滴覆PffBT4T-2OD∶PC71BM(1∶1.2，11mg/ml)溶液，采用刮涂工艺制备底光活性层4(120nm)，并进行加热处理(50℃，10min)；

(4)将基板置于50℃恒温热台上，在底体异质结活性层上滴覆PBDB-T-SF∶ITT-4F(1∶1，18mg/ml)溶液，采用刮涂工艺制备顶光活性层4(100nm)，并进行热退火处理(110℃，10min)；

(5)在光活性层4上蒸镀阳极缓冲层5MoO3(15mm)；

(6)在阳极缓冲层5上蒸镀金属阳极Ag(100nm)；

(7)在标准测试条件下：AM 1.5，100mW/cm2，测得器件的开路电压(VOC)＝0.85V，短路电流(JSC)＝20.34mA/cm2，填充因子(FF)＝0.69，光电转换效率(PCE)＝11.93％。

实施例3：

(1)对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底1及透明导电阴极ITO2所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；

(2)在透明导电阴极ITO2表面旋转涂覆ZnO(5000rpm，50s，40nm)制备阴极缓冲层3，并将所形成的薄膜进行热退火处理(200℃，2h)；

(3)在阴极缓冲层3上滴覆PffBT4T-2OD∶PC71BM(1∶1.2，13.2mg/ml)溶液，采用刮涂工艺制备底光活性层4(140nm)，并进行加热处理(50℃，10min)；

(4)将基板置于50℃恒温热台上，在底体异质结活性层上滴覆PBDB-T-SF∶ITT-4F(1∶1，18mg/ml)溶液，采用刮涂工艺制备顶光活性层4(100nm)，并进行热退火处理(110℃，10min)；

(5)在光活性层4上蒸镀阳极缓冲层5MoO3(15nm)；

(6)在阳极缓冲层5上蒸镀金属阳极Ag(100nm)；

(7)在标准测试条件下：AM 1.5，100mW/cm2，测得器件的开路电压(VOC)＝0.86V，短路电流(JSC)＝20.98mA/cm2，填充因子(FF)＝0.69，光电转换效率(PCE)＝12.45％。

实施例4：

(1)对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底1及透明导电阴极ITO2所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；

(2)在透明导电阴极ITO2表面旋转涂覆ZnO(5000rpm，50s，40nm)制备阴极缓冲层3，并将所形成的薄膜进行热退火处理(200℃，2h)；

(3)在阴极缓冲层3上滴覆PffBT4T-2OD：PC71BM(1∶1.2，15.4mg/ml)溶液，采用刮涂工艺制备底光活性层4(160nm)，并进行加热处理(50℃，10min)；

(4)将基板置于50℃恒温热台上，在底体异质结活性层上滴覆PBDB-T-SF∶ITT-4F(1∶1，18mg/ml)溶液，采用刮涂工艺制备顶光活性层4(100nm)，并进行热退火处理(110℃，10min)；

(5)在光活性层4上蒸镀阳极缓冲层5MoO3(15nm)；

(6)在阳极缓冲层5上蒸镀金属阳极Ag(100nm)；

(7)在标准测试条件下：AM 1.5，100mW/cm2，测得器件的开路电压(VOC)＝0.87V，短路电流(JSC)＝21.52mA/cm2，填充因子(FF)＝0.70，光电转换效率(PCE)＝13.11％。

实施例5：

(1)对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底1及透明导电阴极ITO2所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；

(2)在透明导电阴极ITO2表面旋转涂覆ZnO(5000rpm，50s，40nm)制备阴极缓冲层3，并将所形成的薄膜进行热退火处理(200℃，2h)；

(3)在阴极缓冲层3上滴覆PffBT4T-2OD∶PC71BM(1∶1.2，17.6mg/ml)溶液，采用刮涂工艺制备底光活性层4(180nm)，并进行加热处理(50℃，10min)；

(4)将基板置于50℃恒温热台上，在底体异质结活性层上滴覆PBDB-T-SF∶ITT-4F(1∶1，18mg/ml)溶液，采用刮涂工艺制备顶光活性层4(100nm)，并进行热退火处理(110℃，10min)；

(5)在光活性层4上蒸镀阳极缓冲层5MoO3(15nm)；

(6)在阳极缓冲层5上蒸镀金属阳极Ag(100nm)；

(7)在标准测试条件下：AM 1.5，100mW/cm2，测得器件的开路电压(VOC)＝0.88V，短路电流(JSC)＝22.92mA/cm2，填充因子(FF)＝0.71，光电转换效率(PCE)＝13.70％。

实施例6：

(1)对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底1及透明导电阴极ITO2所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；

(2)在透明导电阴极ITO2表面旋转涂覆ZnO(5000rpm，50s，40nm)制备阴极缓冲层3，并将所形成的薄膜进行热退火处理(200℃，2h)；

(3)在阴极缓冲层3上滴覆PffBT4T-2OD∶PC71BM(1∶1.2，19.8mg/ml)溶液，采用刮涂工艺制备底光活性层4(200nm)，并进行加热处理(50℃，10min)；

(4)将基板置于50℃恒温热台上，在底体异质结活性层上滴覆PBDB-T-SF∶ITT-4F(1∶1，18mg/ml)溶液，采用刮涂工艺制备顶光活性层4(100nm)，并进行热退火处理(110℃，10min)；

(5)在光活性层4上蒸镀阳极缓冲层5MoO3(15nm)；

(6)在阳极缓冲层5上蒸镀金属阳极Ag(100nm)；

(7)在标准测试条件下：AM 1.5，100mW/cm2，测得器件的开路电压(VOC)＝0.88V，短路电流(JSC)＝22.13mA/cm2，填充因子(FF)＝0.69，光电转换效率(PCE)＝12.83％。

实施例7：

(1)对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底1及透明导电阴极ITO2所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；

(2)在透明导电阴极ITO2表面旋转涂覆ZnO(5000rpm，50s，40nm)制备阴极缓冲层3，并将所形成的薄膜进行热退火处理(200℃，2h)；

(3)在阴极缓冲层3上滴覆PffBT4T-2OD∶PC71BM(1∶1.2，22mg/ml)溶液，采用刮涂工艺制备底光活性层4(220nm)，并进行加热处理(50℃，10min)；

(4)将基板置于50℃恒温热台上，在底体异质结活性层上滴覆PBDB-T-SF∶ITT-4F(1∶1，18mg/ml)溶液，采用刮涂工艺制备顶光活性层4(100nm)，并进行热退火处理(110℃，10min)；

(5)在光活性层4上蒸镀阳极缓冲层5MoO3(15nm)；

(6)在阳极缓冲层5上蒸镀金属阳极Ag(100nm)；

(7)在标准测试条件下：AM 1.5，100mW/cm2，测得器件的开路电压(VOC)＝0.86V，短路电流(JSC)＝19.31mA/cm2，填充因子(FF)＝0.67，光电转换效率(PCE)＝11.13％。

实施例8：

(1)对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底1及透明导电阴极ITO2所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；

(2)在透明导电阴极ITO2表面旋转涂覆ZnO(5000rpm，50s，40nm)制备阴极缓冲层3，并将所形成的薄膜进行热退火处理(200℃，2h)；

(3)在阴极缓冲层3上滴覆PffBT4T-2OD∶PC71BM(1∶1.2，17.6mg/ml)溶液，采用刮涂工艺制备底光活性层4(180nm)，并进行加热处理(50℃，10min)；

(4)将基板置于60℃恒温热台上，在底体异质结活性层上滴覆PBDB-T-SF∶ITT-4F(1∶1，18mg/ml)溶液，采用刮涂工艺制备顶光活性层4(100nm)，并进行热退火处理(110℃，10min)；

(5)在光活性层4上蒸镀阳极缓冲层5MoO3(15nm)；

(6)在阳极缓冲层5上蒸镀金属阳极Ag(100nm)；

(7)在标准测试条件下：AM 1.5，100mW/cm2，测得器件的开路电压(VOC)＝0.88V，短路电流(JSC)＝23.05mA/cm2，填充因子(FF)＝0.72，光电转换效率(PCE)＝14.60％。

实施例9：

(1)对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底1及透明导电阴极ITO2所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；

(2)在透明导电阴极ITO2表面旋转涂覆ZnO(5000rpm，50s，40nm)制备阴极缓冲层3，并将所形成的薄膜进行热退火处理(200℃，2h)；

(3)在阴极缓冲层3上滴覆PffBT4T-2OD∶PC71BM(1∶1.2，17.6mg/ml)溶液，采用刮涂工艺制备底光活性层4(180nm)，并进行加热处理(50℃，10min)；

(4)将基板置于70℃恒温热台上，在底体异质结活性层上滴覆PBDB-T-SF：ITT-4F(1∶1，18mg/m1)溶液，采用刮涂工艺制备顶光活性层4(100nm)，并进行热退火处理(110℃，10min)；

(5)在光活性层4上蒸镀阳极缓冲层5MoO3(15nm)；

(6)在阳极缓冲层5上蒸镀金属阳极Ag(100nm)；

(7)在标准测试条件下：AM 1.5，100mW/cm2，测得器件的开路电压(VOC)＝0.88V，短路电流(JSC)＝23.16mA/cm2，填充因子(FF)＝0.73，光电转换效率(PCE)＝14.88％。

实施例10：

(1)对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底1及透明导电阴极ITO2所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；

(2)在透明导电阴极ITO2表面旋转涂覆ZnO(5000rpm，50s，40nm)制备阴极缓冲层3，并将所形成的薄膜进行热退火处理(200℃，2h)；

(3)在阴极缓冲层3上滴覆PffBT4T-2OD∶PC71BM(1∶1.2，17.6mg/ml)溶液，采用刮涂工艺制备底光活性层4(180nm)，并进行加热处理(50℃，10min)；

(4)将基板置于80℃恒温热台上，在底体异质结活性层上滴覆PBDB-T-SF∶ITT-4F(1∶1，18mg/m1)溶液，采用刮涂工艺制备顶光活性层4(100nm)，并进行热退火处理(110℃，10min)；

(5)在光活性层4上蒸镀阳极缓冲层5MoO3(15nm)；

(6)在阳极缓冲层5上蒸镀金属阳极Ag(100nm)；

(7)在标准测试条件下：AM 1.5，100mW/cm2，测得器件的开路电压(VOC)＝0.88V，短路电流(JSC)＝23.20mA/cm2，填充因子(FF)＝0.73，光电转换效率(PCE)＝13.90％。

实施例11：

(1)对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底1及透明导电阴极ITO2所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；

(2)在透明导电阴极ITO2表面旋转涂覆ZnO(5000rpm，50s，40nm)制备阴极缓冲层3，并将所形成的薄膜进行热退火处理(200℃，2h)；

(3)在阴极缓冲层3上滴覆PffBT4T-2OD∶PC71BM(1∶1.2，17.6mg/m1)溶液，采用刮涂工艺制备底光活性层4(180nm)，并进行加热处理(50℃，10min)；

(4)将基板置于90℃恒温热台上，在底体异质结活性层上滴覆PBDB-T-SF∶ITT-4F(1∶1，18mg/ml)溶液，采用刮涂工艺制备顶光活性层4(100nm)，并进行热退火处理(110℃，10min)；

(5)在光活性层4上蒸镀阳极缓冲层5MoO3(15nm)；

(6)在阳极缓冲层5上蒸镀金属阳极Ag(100nm)；

(7)在标准测试条件下：AM 1.5，100mW/cm2，测得器件的开路电压(VOC)＝0.87V，短路电流(JSC)＝22.83mA/cm2，填充因子(FF)＝0.69，光电转换效率(PCE)＝13.70％。

实施例12：

(1)对表面粗糙度小于1nm的由透明衬底1及透明导电阴极ITO2所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；

(2)在透明导电阴极ITO2表面旋转涂覆ZnO(5000rpm，50s，40nm)制备阴极缓冲层3，并将所形成的薄膜进行热退火处理(200℃，2h)；

(3)在阴极缓冲层3上滴覆PffBT4T-2OD∶PC71BM(1∶1.2，17.6mg/ml)溶液，采用刮涂工艺制备底光活性层4(180nm)，并进行加热处理(50℃，10min)；

(4)将基板置于100℃恒温热台上，在底体异质结活性层上滴覆PBDB-T-SF∶ITT-4F(1∶1，18mg/ml)溶液，采用刮涂工艺制备顶光活性层4(100nm)，并进行热退火处理(110℃，10min)；

(5)在光活性层4上蒸镀阳极缓冲层5MoO3(15nm)；

(6)在阳极缓冲层5上蒸镀金属阳极Ag(100nm)；

(7)在标准测试条件下：AM 1.5，100mW/cm2，测得器件的开路电压(VOC)＝0.86V，短路电流(JSC)＝20.68mA/cm2，填充因子(FF)＝0.65，光电转换效率(PCE)＝11.56％。

可以看出：通过连续刮涂方法制备相互渗透的双体异质结光活性层4的有机太阳能电池(即实施例2～12制备而成的有机太阳能电池)，相比于未经处理制备的有机太阳能电池(即实例1制备而成的有机太阳能电池)，其Jsc变大，FF提高，Voc提升。其中，对比实施例1与实施例2～7，不难发现通过连续刮涂的方式制备双体异质结有机太阳能电池的性能比单次刮涂4种材料混合单活性层器件性能高出许多，这是由于4种材料相混合时，活性层内部给受体相分布不均匀，而使用连续刮涂工艺，能够有效区分两种体异质结体系，同时利用溶解性差别有机的将双体异质结结合在同一活性层中，因此优化了活性层内部给受体相分离情况，提高光生载流子的分离与传输能力。进一步的，使用合适的两种体系体异质结，保证底/顶异质结能够分别与阴/阳缓冲层形成良好的欧姆接触，有效的提升界面间电荷载流子的传输能力，因此，如实施例5所示，短路电流密度(Jsc)被提升至22.93mA/cm2，功率转换效率(PCE)优化至13.70％。此外，对比实施例5与实施例8～12，当底体异质结活性层基板处于不同加热条件下时，刮涂顶体异质结活性层溶液制备的有机太阳能电池性能再次提升，这是因为较高的温度促进底体异质结活性层PffBT4T-2OD∶PC71BM更多的溶解在顶体异质结活性层PBDB402-T-SF∶ITT-4F氯苯溶液中，促进双体异质结形成更加合适的相互渗透相态，进而提升光生电荷载流子在活性层内部的分离、传输能力，提高光生电流强度，进而提高厚膜单结有机太阳能电池的性能。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池，所述的有机太阳能电池采用反型结构，包括活性层，其特征在于，所述的活性层由底体异质结活性层和顶体异质结活性层组成，且所述底体异质结活性层和顶体异质结活性层形成连续相互渗透的垂直梯度分布相态；

基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池的制备方法为：包括将底体异质结活性层混合溶液滴覆在阴极缓冲层上后使用刀片刮涂工艺制备底体异质结活性层，并进行加热处理；后置于恒温热台上，在底体异质结活性层上滴覆顶体异质结活性层混合溶液后使用刀片刮涂工艺制备顶体异质结活性层，并进行热退火；

所述底体异质结活性层混合溶液为PffBT4T-2OD：PC₇₁BM氯苯溶液；所述顶体异质结活性层混合溶液为PBDB-T-SF：IT-4F氯苯溶液。

2.根据权利要求1所述的一种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池，其特征在于，所述底体异质结活性层和顶体异质结活性层的厚度范围均为100～400nm。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池，其特征在于，所述底体异质结活性层由电子给体材料PffBT4T-2OD与受体材料PC₇₁BM混合溶液制备而成；厚度范围为120～220nm。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池，其特征在于，所述顶体异质结活性层由给体材料PBDB-T-SF与受体非富勒烯材料IT-4F的混合溶液制备而成。

5.根据权利要求1所述的一种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池，其特征在于，所述反型结构包括从下到上依次为衬底，透明导电阴极，阴极缓冲层，光活性层，阳极缓冲层，金属阳极。

6.根据权利要求1所述的一种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池，其特征在于，所述底体异质结活性层混合溶液PffBT4T-2OD：PC₇₁BM的质量百分比为1:6～6:1，浓度为10～30mg/ml；所述顶体异质结活性层混合溶液PBDB-T-SF：IT-4F的质量百分比为1:6～6:1，浓度为10～30mg/ml。

7.根据权利要求1一种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池，其特征在于，所述加热处理和热退火方式采用恒温热台加热、烘箱加热、远红外加热、热风加热的任意一种或多种。

8.根据权利要求7一种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池，其特征在于，所述加热温度处理范围为50～100℃。

9.根据权利要求1所述的一种基于连续刮涂双体异质结的厚膜有机太阳能电池，其特征在于，具体的制备方法包括：

(1)对由衬底及导电阴极所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；

(2)在透明导电阴极ITO表面旋转涂覆、印刷或喷涂阴极缓冲层，并进行热退火；

(3)将底体异质结活性层混合溶液PffBT4T-2OD：PC₇₁BM滴覆在阴极缓冲层上后使用刀片刮涂工艺制备底体异质结活性层，并进行加热处理；

(4)将步骤(3)处理过的基板置于恒温热台上，在底体异质结活性层上滴覆顶体异质结活性层溶液PBDB-T-SF：IT-4F后使用刀片刮涂工艺制备顶体异质结活性层，并进行热退火；

(5)在真空度为3*10^-3Pa条件下，在光活性层表面蒸镀MoO₃，制备得到阳极缓冲层；

(6)在真空度为3*10^-4Pa条件下，蒸镀金属阳极。

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