本發(fā)明涉及有機(jī)光電轉(zhuǎn)換器件，尤其涉及一種有機(jī)光電轉(zhuǎn)換器件及其隧穿鈍化層的制備方法。

背景技術(shù)：

1、有機(jī)光電轉(zhuǎn)換器件相比于無機(jī)器件具有很多突出的優(yōu)勢，例如有機(jī)聚合物薄膜光伏電池是新一代薄膜光伏電池技術(shù)，不同于傳統(tǒng)的無機(jī)半導(dǎo)體光伏電池，由于有機(jī)光伏電池的溶液加工特性，其可具備半透明、柔性、質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)。同時其可通過大面積卷對卷印刷工藝來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化制備。在未來的建筑光伏一體化以及可穿戴領(lǐng)域都有著非常廣泛的應(yīng)用前景。

2、其中例如，聚合物有機(jī)太陽能電池的活性層也即光響應(yīng)層通常采用聚合物與有機(jī)小分子受體作為主要材料，這樣就可以通過對活性層的分子調(diào)控來控制分子的光響應(yīng)波段，以及分子的排列取向，進(jìn)而進(jìn)一步的提升器件的光電轉(zhuǎn)換效率(pce)。同時也可通過界面的優(yōu)化來提升載流子遷移率進(jìn)而提升器件的光電轉(zhuǎn)換效率。

3、而通常的器件結(jié)構(gòu)中，需要在電子傳輸層與有機(jī)活性層之間設(shè)置界面鈍化層，如何優(yōu)化界面鈍化層的材質(zhì)與結(jié)構(gòu)來獲得較佳的鈍化性能和電子傳輸性能的平衡是提高器件效率的關(guān)鍵。

4、此外，當(dāng)前基于聚合物非富勒烯受體的器件效率已經(jīng)達(dá)到19％。然而，目前基于非富勒烯型受體的器件雖然具備較高的電池效率，但其穩(wěn)定性較差。在光照下電池效率會出現(xiàn)快速的衰減現(xiàn)象，而這很大程度上來自電子傳輸層(通常為氧化鋅)，在光照下光催化產(chǎn)生的氫氧根和羥基自由基對于非富勒烯受體雙鍵的攻擊。

5、目前，一些現(xiàn)有技術(shù)發(fā)現(xiàn)了上述問題，并通過在氧化鋅電子傳輸層上進(jìn)行界面處理從而起到了提升器件穩(wěn)定性的效果，這些現(xiàn)有技術(shù)通常使用的是苯乙硫醇或葡萄糖等有機(jī)小分子，但仍然具有非常明顯的缺陷。

6、具體的，苯乙硫醇作為硫醇類工業(yè)化工用品，其具備毒性、臭味大，成本高的特點(diǎn)，并不適用于未來的大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)；以及在top-con電池領(lǐng)域，所必然采用的高溫的水熱氧化法會破壞有機(jī)太陽能電池的基底因此并不適用。而傳統(tǒng)的ald沉積無機(jī)層也需要較高的溫度并且其成本較高無法做到原位沉積。

7、業(yè)界希望解決上述的幾點(diǎn)問題，找到一種成本低廉穩(wěn)定的無機(jī)界面處理材料，并實(shí)現(xiàn)低溫溶液法的原位轉(zhuǎn)化制備無機(jī)隧穿鈍化層來修飾zno，在改善穩(wěn)定性的同時具備提升器件效率的效果，以此來適用于未來的商業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種有機(jī)光電轉(zhuǎn)換器件及其隧穿鈍化層的制備方法。

2、為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種有機(jī)光電轉(zhuǎn)換器件，其包括依次層疊設(shè)置的電子傳輸層、隧穿鈍化層、有機(jī)活性層以及與所述有機(jī)活性層配合設(shè)置的空穴傳輸層；

4、所述隧穿鈍化層的材質(zhì)包括si0x和/或氮氧化硅。

5、在一些優(yōu)選實(shí)施例中，所述電子傳輸層在光照下能夠光催化產(chǎn)生氫氧根和/或羥基自由基；

6、以及，所述有機(jī)活性層的材質(zhì)中含有碳碳雙鍵。

7、第二方面，本發(fā)明還提供一種隧穿鈍化層的制備方法，其包括：

8、提供電子傳輸層；

9、采用原子層沉積和/或原位水解反應(yīng)在所述電子傳輸層表面形成隧穿鈍化層；

10、其中，所述隧穿鈍化層的材質(zhì)包括siox和/或氮氧化硅；

11、所述原位水解反應(yīng)為主鏈中含有si-n鍵的無機(jī)硅烷類化合物在水和氧氣的作用下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。

12、基于上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果至少包括：

13、本發(fā)明提出了一種全新的有機(jī)薄膜光伏電池結(jié)構(gòu)，利用了低溫制備的氧化硅和/或其氮氧化硅作為界面接觸的隧穿鈍化層，實(shí)現(xiàn)器件效率和穩(wěn)定性的提升，尤其是具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率和耐光照老化能力。

14、在一些優(yōu)選方案中，隧穿鈍化層可以利用可溶解的硅氮無機(jī)硅烷類化合物通過溶液法沉積并原位化學(xué)反應(yīng)形成隧穿鈍化層，也可以利用包括ald等方法制備。

15、所采用的硅氮無機(jī)硅烷類化合物無毒，價(jià)格低廉，可低溫溶液法原位制備隧穿鈍化層在工業(yè)制備時，具備環(huán)境友好的特點(diǎn)。

16、上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更清楚地了解本申請的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合詳細(xì)附圖說明如后。

技術(shù)特征：

1.一種有機(jī)光電轉(zhuǎn)換器件，其特征在于，包括依次層疊設(shè)置的電子傳輸層、隧穿鈍化層、有機(jī)活性層以及與所述有機(jī)活性層配合設(shè)置的空穴傳輸層；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換器件，其特征在于，所述電子傳輸層的材質(zhì)包括zno、tio2、sno2中的任意一種或兩種以上的組合；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換器件，其特征在于，所述隧穿鈍化層的材質(zhì)包括sioxny；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換器件，其特征在于，所述有機(jī)光電轉(zhuǎn)換器件包括電致發(fā)光器件、光伏電池、光電探測器件中的任意一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換器件，其特征在于，所述空穴傳輸層與所述有機(jī)活性層直接接觸；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換器件，其特征在于，所述電子傳輸層在光照下能夠光催化產(chǎn)生氫氧根和/或羥基自由基；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換器件，其特征在于，所述有機(jī)光電轉(zhuǎn)換器件在400-800nm波長的光照老化1800h后的光電轉(zhuǎn)換效率的保持率在94％以上。

8.一種隧穿鈍化層的制備方法，其特征在于，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述隧穿鈍化層的形成方法選自所述原位水解反應(yīng)；

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，具體包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種有機(jī)光電轉(zhuǎn)換器件及其隧穿鈍化層的制備方法。所述有機(jī)光電轉(zhuǎn)換器件包括依次層疊的電子傳輸層、隧穿鈍化層、有機(jī)活性層以及配合設(shè)置的空穴傳輸層；隧穿鈍化層的材質(zhì)包括SiO<subgt;x</subgt;和/或氮氧化硅。所述制備方法包括：提供電子傳輸層；采用原子層沉積和/或原位水解反應(yīng)在表面形成隧穿鈍化層；隧穿鈍化層的材質(zhì)包括SiO<subgt;x</subgt;和/或氮氧化硅；原位水解反應(yīng)為主鏈中含有Si?N鍵的無機(jī)硅烷類化合物在水和氧氣的作用下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。本發(fā)明提出了一種全新的有機(jī)薄膜光伏電池結(jié)構(gòu)，利用了低溫制備的氧化硅和/或其氮氧化硅作為隧穿鈍化層，實(shí)現(xiàn)器件效率和穩(wěn)定性的提升，尤其是具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率和耐光照老化能力。

技術(shù)研發(fā)人員：劉博文,秦健,駱群,馬昌期
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6