專利名稱：：有機太陽能電池和其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種有機太陽能電池和其制造方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種制造有機太陽能電池的方法，包括使用納米壓印工藝在有機太陽能電池的光活性層上形成納米圖案，以及在具有納米圖案的光活性層上涂布陰極電極材料，使得陰極電極材料滲入光活性層的納米圖案，從而提高電子導(dǎo)電率并且有效地形成輸送電子的通路；還涉及一種通過上述方法制造的有機太陽能電池。
背景技術(shù)：
：太陽能電池是一種將太陽光能直接轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體裝置，并且根據(jù)所使用材料的種類大致分為硅太陽能電池和有機太陽能電池。由于硅太陽能電池很難用在太陽能的應(yīng)用中，因為其中使用的硅昂貴并且其保存受到限制，所以有機太陽能電池最近正受到重視，因為其具有諸如制造成本低、易于制造且不需要特殊的真空系統(tǒng)以及可以通過低溫工藝制造柔性裝置等優(yōu)點。特別是，在可以通過諸如旋涂、浸涂或刮涂等溶液工藝而不需要真空沉積來制造有機太陽能電池的情況下，非常有利于降低制造成本或簡化工藝。為了提高太陽能電池的效率，目前對有機太陽能電池的材料和結(jié)構(gòu)進行了深入研究。特別是，已知的是使用電子供體和電子受體混合物的本體異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出最高的效率。然而，本體異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu)存在問題，因為作為由于太陽光而形成在諸如導(dǎo)電聚合物等電子供體中的電子和空穴對的激子在聚合物中的擴散距離只有約10nm，因此它們在上述距離內(nèi)在未到達電子供體和電子受體之間的界面時會復(fù)合并且消失。此外，這種電子供體/受體結(jié)構(gòu)不能在外部人為確定，而是由溶劑的類型、混合物的組成、旋涂條件、干燥條件、熱處理條件和其他后處理條件決定，并主要取決于導(dǎo)電聚合物的自組裝性能，因此難于制造理想的電子供體/受體結(jié)構(gòu)。此外，在激子于電子供體和電子受體之間的界面處分離成電子和空穴之后，電子和空穴分別輸送到作為陰極的金屬電極和作為陽極的透明電極。為此，電子供體/受體結(jié)構(gòu)應(yīng)該是雙連續(xù)的，其中全部電子供體以連續(xù)形式提供并配置成與陽極接觸，全部電子受體以連續(xù)形式提供并配置成與陰極接觸。然而，電子供體/受體結(jié)構(gòu)不能人為確定，而是取決于材料混合后的相分離性能，從而不可能獲得這種理想結(jié)構(gòu)。事實上，通過旋涂涂布溶解在溶劑中的電子供體和電子受體的混合物而獲得的本體異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu)不是其中以連續(xù)形式分別提供電子供體和電子受體的雙連續(xù)形式。此外，電子供體或電子受體變得成簇，從而取決于它們的相對量以島形式提供。另外，在電子供體和電子受體以相近量混合的情況下，電子供體富集區(qū)域構(gòu)成沒有被連接而是被隔離的島，對電子導(dǎo)電性產(chǎn)生負面影響。為了解決這個問題，可以采用雙層結(jié)構(gòu)。然而，在這種情況下，電子供體和電子受體之間的界面面積很小，會不希望地降低效率。圖1顯示光活性層的理想電子供體/受體結(jié)構(gòu)，其中電子供體以連續(xù)形式提供并配置成與作為陽極的透明電極接觸，并且其中電子供體和電子受體之間的界面面積非常大，電子供體和電子受體之間的界面位于距離電子供體的任何位置均小于10nm的位置。如圖l所示，本體異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu)構(gòu)造成使得電子供體和電子受體均沿垂直于電極的方排列，以使光活性產(chǎn)生的電子和空穴的輸送距離最小，也使得電子受體以連續(xù)形式提供并配置成與作為陰極的金屬電極接觸。然而，如圖2所示，在實際的本體異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu)中，電子供體和電子受體以海-島結(jié)構(gòu)的形式相分離，并且電子受體富集的島結(jié)構(gòu)的尺寸隨工藝條件而不同，包括組成比例、溶劑類型和干燥條件。因此，為了人為控制電子供體/受體結(jié)構(gòu)，已經(jīng)提出了一種方法，包括涂布電子供體，對電子供體進行納米壓印，從而形成具有預(yù)定的納米圖案結(jié)構(gòu)的電子供體，并在電子供體上沉積電子受體(D.M.N.M.Dissanayake等人，v4p;//e<i尸/zw/cs丄e"ers，90:253502，2007)。這禾中方法不能形成比激子在聚合物中的擴散距離更短的微圖案，因此，激子的擴散距離相對較長的低分子量有機材料被用作電子受體，來代替使用聚合物的電子供體。然而，電子受體的沉積不希望地需要昂貴的真空系統(tǒng)和長的工藝時間，并帶來諸如產(chǎn)生的太陽能電池的效率非常低等問題。此外，為了克服這些問題，已經(jīng)提出了一種方法，包括涂布作為導(dǎo)電聚合物的電子供體，然后加熱進行納米壓印，使得涂布的電子供體聚合物成為不溶性的，從而防止在隨后涂布電子受體時涂布的電子供體溶解(M.S.Kim等人'J一W尸—'c"e脅s，90:123113，2007)。根據(jù)該方法，因為納米壓印的周期比激子的擴散距離長約500700nm，因此與使用雙層結(jié)構(gòu)時相比，產(chǎn)生的太陽能電池的效率略有改善，但與使用本體異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu)時相比，相當(dāng)程度地下降。此外，由于電子供體成為不溶性的，因此空穴導(dǎo)電率不希望地降低。因此，為了人為控制使用到目前為止具有最高效率的本體異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu)的電子受體的結(jié)構(gòu)，已經(jīng)提出了一種利用與納米壓印相似的微接觸印刷工藝的方法，用于使用模具輸送特定的有機材料(F.C.Chen等人，4t^//ed/^yWcs丄e"e^，93:023307，2008)。該方法包括形成自組裝單層，在自組裝單層上涂布電子供體和電子受體的混合溶液，并使其干燥，從而通過與自組裝單層的相互作用誘發(fā)預(yù)定的相分離，這樣實現(xiàn)不同于一般相分離的形狀可控的相分離。然而，這種方法僅能夠形成尺寸比當(dāng)使用納米壓印工藝時更大的圖案。當(dāng)圖案的尺寸減小時，很難誘發(fā)自組裝單層的相分離。此外，由于在光活性層下形成的自組裝單層的原因，阻力增加，從而限制效率提高。此外，披露了一種使用刷子涂布光活性有機材料從而誘發(fā)分子陣列并提高效率的方法(韓國未經(jīng)審査的專利公開No.10-2008-0021413)。該方法是有利的，因為可以輥到輥(roll-to-roll)方式進行連續(xù)工藝，但是分子取向的程度受到限制，因此難以大幅度提高效率。
發(fā)明內(nèi)容為完成本發(fā)明，本發(fā)明者為解決
背景技術(shù)：
中遇到的問題進行了廣泛研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)通過使用納米壓印工藝在光活性層上形成納米圖案，然后在具有納米圖案的光活性層上涂布陰極電極材料，使得陰極電極材料滲入光活性層的納米圖案來制造有機太陽能電池時，光活性層的電子受體材料的電連接和電子供體材料的取向可以改善，從而提高電子導(dǎo)電率和空穴導(dǎo)電率，因此獲得了比使用本體異質(zhì)結(jié)光活性層的常規(guī)有機太陽能電池更大的功率轉(zhuǎn)換效率。因此，本發(fā)明提供一種使用納米壓印工藝而具有高功率轉(zhuǎn)換效率的有機太陽能電池，以及一種制造有機太陽能電池的方法。本發(fā)明的一個方面是提供一種制造有機太陽能電池的方法，包括(a)在基底上涂布透明電極材料，從而形成透明電極；(b)在所述透明電極上涂布溶解在溶劑中的電子供體材料和電子受體材料的混合物，從而形成光活性層，然后使用納米壓印工藝在所述光活性層上形成圖案；和(C)在圖案化的光活性層上涂布陰極電極材料，從而形成陰極電極；還提供一種使用上述方法制造的有機太陽能電池，其包括具有電子供體和電子受體的本體異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu)的光活性層，其中陰極電極材料滲入所述光活性層。本發(fā)明的另一個方面是提供一種制造有機太陽能電池的方法，包括(a)在玻璃基底上涂布氧化銦錫，從而形成透明電極；(b)在所述透明電極上涂布聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸鹽，從而形成空穴輸送層；(c)在所述空穴輸送層上涂布溶解在二氯苯中的聚-3-己基噻吩和(6,6)-苯基-<:61-丁酸甲酯的混合物，從而形成光活性層，然后使用納米壓印工藝在所述光活性層上形成圖案；(d)在圖案化的光活性層上涂布氟化鋰，從而形成電子輸送層；和(e)在所述電子輸送層上涂布鋁，從而形成陰極電極；還提供一種使用上述方法制造的有機太陽能電池，其包括具有聚-3-己基噻吩和(6,6)-苯基《61-丁酸甲酯的本體異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu)的光活性層，其中陰極電極材料滲入所述光活性層。圖1示意性顯示有機太陽能電池的光活性層的理想結(jié)構(gòu)；圖2示意性顯示具有常規(guī)有機太陽能電池的本體異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu)的光活性層；圖3示意性顯示包括具有本體異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu)的光活性層的常規(guī)太陽能電池；圖4示意性顯示根據(jù)本發(fā)明的有機太陽能電池；圖5示意性顯示根據(jù)本發(fā)明制造有機太陽能電池的方法；圖6顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例1和2中使用的模具的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像；和圖7顯示根據(jù)本發(fā)明的有機太陽能電池的電流-電壓曲線。具體實施例方式下面，詳細說明本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明的實施例，制造有機太陽能電池的方法包括(a)在基底上涂布透明電極材料，從而形成透明電極，(b)在由此形成的透明電極上涂布溶解在溶劑中的電子供體材料和電子受體材料的混合物，從而形成光活性層，然后使用納米壓印工藝在光活性層上形成圖案，和(c)在圖案化的光活性層上涂布陰極電極材料，從而形成陰極電極。如圖3所示，包括具有本體異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu)的光活性層的常規(guī)有機太陽能電池包括透明基底l、透明電極層2、空穴輸送層3、由電子供體4和電子受體5的混合物構(gòu)成的光活性層6、電子輸送層7和陰極電極層8。通過使用能夠同時溶解電子供體材料和電子受體材料的溶劑混合這些材料，在空穴輸送層3上涂布混合物，并蒸發(fā)涂布在空穴輸送層3上的混合物中的溶劑，使得自發(fā)和隨機地發(fā)生相分離而形成本體異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu)，從而形成常規(guī)有機太陽能電池的光活性層6。在這樣形成的本體異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu)中，因為在蒸發(fā)涂布在空穴輸送層上的混合物的溶劑的同時，隨機發(fā)生相分離，所以電子供體和受體相不可能具有雙連續(xù)結(jié)構(gòu)，并且一部9分相被隔離，從而阻斷電子或空穴輸送到電極的通路。此外，當(dāng)形成光活性層的本體異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu)時，如果與電子受體材料的量相比，電子供體材料的量相對較大，那么很容易形成其中電子供體形成海而電子受體形成島的海-島結(jié)構(gòu)。相反，如果與電子受體材料的量相比，電子供體材料的量相對較小，那么很容易形成其中電子供體形成島而電子受體形成海的海-島結(jié)構(gòu)。即使當(dāng)目前可得到的的聚(3-己基噻吩訴作電子供體和目前可得到的(6，6)-苯基-C6廣丁酸甲酯(PCBM)用作電子受體時，PCBM也主要形式島。雖然電子應(yīng)通過PCBM輸送到陰極電極，但是可以阻斷輸送電子的通路，這樣會不希望地降低效率。此外，在具有本體異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu)的常規(guī)有機太陽能電池中，因為電子供體相的結(jié)構(gòu)隨機地形成，所以電子供體的分子排列的方向也是隨機設(shè)定的。在電子供體中，空穴的輸送隨電子供體的分子排列的方向而變化。因此，具有本體異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu)的常規(guī)有機太陽能電池的隨機分子排列不利于有效的空穴輸送。此外，在電子受體中電子的輸送還隨電子受體的結(jié)構(gòu)而變化。在使用諸如PCBM等低分子量材料的情況下，分子間距離應(yīng)該極短，以促進電子輸送。由于借助跳躍機制進行電子輸送，因此電子輸送速率變得非常緩慢。因此，如圖4所示，本發(fā)明涉及到以下的有機太陽能電池，其被配置成使用納米壓印工藝在具有本體異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu)的光活性層上形成納米圖案，電子輸送層和陰極電極層形成在具有納米圖案的光活性層上，由此陰極電極層滲入光活性層的納米圖案。這樣配置的有機太陽能電池使電子輸送的阻斷通路連續(xù)，從而促進電子輸送，并也減少了消失的電子數(shù)量，因此提高了總光電流。此外，在本發(fā)明中，因為在未使用跳躍機制的情況下將電子輸送到由高導(dǎo)電性金屬制成的陰極電極層，所以存在提高電子輸送速率并降低電子輸送阻力的效果。此外，當(dāng)使用納米壓印工藝將納米圖案形成在光活性層的表面上時，存在使電子供體分子沿垂直方向排列的效果，從而促進空穴輸送到透明電極，這樣造成電子輸送阻力下降并且效率提高。此外，在根據(jù)本發(fā)明的有機太陽能電池中，因為反射光的陰極電極的表面不是平坦的并且形成有不均勻的納米圖案，所以可以減少一部分入射光未被電子供體吸收而是通過并被陰極電極的表面反射的現(xiàn)象，而且，可以從陰極電極的表面以不同方向發(fā)生反射，從而更有效地利用光。根據(jù)本發(fā)明，制造有機太陽能電池的方法包括在基底1上涂布透明電極材料，從而形成透明電極2，在由此形成的透明電極上涂布溶解在溶劑中的電子供體材料和電子受體材料的混合物，從而形成光活性層6，使用納米壓印工藝在光活性層6上形成圖案，以及在圖案化的光活性層6上涂布陰極電極材料，從而形成陰極電極8。在本發(fā)明中，基底1的例子包括本領(lǐng)域中通常使用的玻璃基底和柔性聚合物基底。柔性聚合物基底具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度且是透明的，并可以選自聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亞胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)和聚醚酰亞胺(PEI)。在本發(fā)明中，通過在基底1上涂布透明電極材料形成透明電極2，透明電極2包括使用諸如氧化銦錫(ITO)等透明氧化物、導(dǎo)電聚合物、石墨烯(grapheme)薄膜、石墨烯氧化物薄膜和碳納米管薄膜的有機透明電極以及使用金屬復(fù)合的碳納米管薄膜的有機-無機透明電極。在本發(fā)明中，通過在空穴輸送層3上涂布溶解在溶劑中的電子供體材料和電子受體材料的混合物形成光活性層6。電子供體材料是有機半導(dǎo)體，如導(dǎo)電聚合物，或低分子量的有機半導(dǎo)體材料，包括諸如聚噻吩、聚苯乙炔、聚莉、聚吡咯和它們兩種或更多種的共聚物等導(dǎo)電聚合物，諸如并五苯、蒽、并四苯、芘、低聚噻吩和其衍生物等低分子量有機半導(dǎo)體材料。優(yōu)選地，電子供體材料選自聚-3-己基噻吩(P3HT)、聚-3-辛基噻吩(P30T)、聚對苯乙炔(PPV)、聚(9,9，-二辛基芴)、聚(2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-l,4-苯乙炔(MEH-PPV)、聚(2-甲基-5-(3，,7，-二甲基辛氧基))-l,4-苯乙炔(MDMO-PPV)及其混合物。電子受體材料包括富勒烯或富勒烯衍生物，優(yōu)選選自(6，6)-苯基《61-丁酸甲酯(PCBM)、(6,6)-苯基-C7r丁酸甲酯(C7o-PCBM)、富勒烯(<:60)、(6，6)-噻吩基-C6r丁酸甲酯(ThCBM)、碳納米管及其混合物。為形成光活性層6，同時溶解電子供體材料和電子受體材料的溶劑的例子包括但不僅限于氯仿、氯苯、二氯苯、三氯苯及其混合物?？梢允褂萌魏稳軇?，只要電子供體材料和電子受體材料可以溶解在其中。使用上述材料制備的電子供體材料和電子受體材料的混合物被涂布在空穴輸送層3上，并且對涂布的混合物進行納米壓印工藝，從而形成圖案?？梢酝ㄟ^在完全蒸發(fā)涂布在空穴輸送層3上的混合物的溶劑之前，用具有納米尺寸的微圖案結(jié)構(gòu)的模具覆蓋光活性層的混合物，使得利用毛細管力將混合物吸進模具的納米圖案中，然后蒸發(fā)溶劑，從而在光活性層的表面上形成與模具的結(jié)構(gòu)相反的結(jié)構(gòu)，這樣來進行納米壓印工藝?？蛇x擇地，可以通過完全蒸發(fā)涂布在空穴輸送層3上的混合物的溶劑，向基底的下表面施加預(yù)定熱量從而使光活性層的混合物具有柔性，用模具覆蓋光活性層的混合物，向模具的上表面施加壓力從而按壓模具，以及取下模具，從而在光活性層的表面上形成與模具的結(jié)構(gòu)相反的結(jié)構(gòu)，這樣來進行納米壓印工藝。因此，在光活性層6的電子供體4是導(dǎo)電聚合物的情況下，優(yōu)選的是在不低于電子供體聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下進行納米壓印工藝。在本發(fā)明中，模具9可以包括具有各種形狀的突起，如圓錐形狀、圓柱形狀、立方體形狀、長方體形狀、半圓形狀、空心圓柱形狀、空心六面體形狀和納米線陣列，模具9用的材料的例子包括但不限于金屬、金屬氧化物、陶瓷、半導(dǎo)體和熱固性聚合物?？梢允褂萌魏尾牧希灰欣谀＞叩闹圃?，容易購得并且價格低廉。具有納米圖案結(jié)構(gòu)的模具9可以通過本領(lǐng)域中已知的各種方法制造，包括硅晶片的蝕刻、諸如鋁等金屬的陽極化、電子束平版印刷術(shù)、諸如納米壓印或毛細管力平版印刷術(shù)等軟平版印刷術(shù)或者使用上述方法形成的模具的復(fù)制。在本發(fā)明中，模具具有圖案周期為lpm以下并優(yōu)選為0.01lpm的圖案結(jié)構(gòu)。如果模具的圖案周期超過l|am，那么它遠大于相分離的電子受體的尺寸，從而不希望地降低了電子輸送效果。相反，如果模具的圖案周期小于0.01)am，那么它比激子的擴散距離短，因此對于效率提高沒有效果，而且，陰極電極材料不會滲入光活性層。如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的制造有機太陽能電池的方法還可以包括在基底1上形成透明電極2之后，在透明電極2上涂布空穴輸送材料，從而形成空穴輸送層3。在這樣形成的空穴輸送層3上，涂布溶解在溶劑中的電子供體材料和電子受體材料的混合物，從而形成光活性層6，然后在光活性層6上進行納米壓印工藝，從而在光活性層6的上表面上形成圖案。陰極電極材料直接涂布在圖案化的光活性層6上，從而完成有機太陽能電池。可選擇地，根據(jù)本發(fā)明的制造有機太陽能電池的方法還可以包括在使用納米壓印工藝在光活性層6上形成圖案之后，在圖案化的光活性層上涂布電子輸送材料，從而形成電子輸送層7。然后，將陰極電極材料涂布在電子輸送層7上，從而完成有機太陽能電池。在本發(fā)明中，通過在透明電極上涂布空穴輸送材料形成空穴輸送層3，其材料可以選自聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸鹽、聚苯胺、銅酞菁(CuPC)、聚噻吩乙炔、聚乙烯基昨唑、聚對苯乙炔、聚(甲基苯基硅垸)及其混合物。在本發(fā)明中，通過在使用模具圖案化的光活性層上涂布諸如氟化鋰(LiF)、鈣、鋰或氧化鈦等電子輸送材料形成電子輸送層7，并在其上涂布具有低功函數(shù)的陰極電極材料，從而形成陰極電極8。陰極電極材料可以選自鈣、鋰、鋁、氟化鋰和鋰的合金、堿金屬鹽、導(dǎo)電聚合物及其混合物。陰極電極材料可以與電子輸送材料一起涂布在光活性層6上。在上述光活性層6上涂布陰極電極之后，可以在50~200°C下進行熱處理560min。這種熱處理誘發(fā)電子供體和電子受體之間的相分離，也誘發(fā)電子供體材料的取向。如果熱處理溫度低于50。C，那么電子供體和電子受體的遷移率很低，因此熱處理效果變得沒有意義。相反，如果熱處理溫度高于200°C，那么電子供體材料會不希望地惡化，從而降低其性能。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供使用上述方法制造的有機太陽能電池，其包括具有電子供體和電子受體的本體異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu)的光活性層，其中陰極電極材料滲入光活性層。13在根據(jù)本發(fā)明的有機太陽能電池中，使用納米壓印工藝使具有高導(dǎo)電率的金屬電極滲入光活性層，使得電子輸送的阻斷通路連續(xù)，從而促進電子輸送，并也減少了消失的電子數(shù)量，因此提高了總光電流。在本發(fā)明中，電子可以在未使用跳躍機制的情況下被輸送到由高導(dǎo)電性金屬制成的陰極電極層，從而導(dǎo)致電子輸送速率提高并降低電子輸送阻力。此外，當(dāng)使用納米壓印工藝將納米圖案形成在光活性層上時，電子供體分子可以沿垂直方向排列，從而促進空穴輸送到透明電極，從而降低電子輸送阻力并且提高功率轉(zhuǎn)換效率。通過以下實施例可以更好地理解本發(fā)明，這些實施例用于說明，但不被解釋為限制本發(fā)明。實施例1:在干燥光活性層之后使用納米壓印制造有機太陽能電池1-1:形成空穴輸送層利用超聲波清洗器用丙酮和酒精洗滌用ITO涂布的玻璃基底，然后在氧氣氣氛中使用氧等離子體發(fā)生器(PDC-32G，從HarrickPlasma獲得)進行等離子體處理，從而從表面除去有機物。在ITO的表面上形成羥基，使ITO表面成為親水性的。然后，通過旋涂將聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸鹽(從Bayer獲得)涂布在ITO的親水表面上，然后在140°C下干燥，這樣完全除去溶劑，從而在玻璃基底上形成空穴輸送層。1-2:形成光活性層將30mg電子供體材料，例如，聚-3-己基噻吩(P3HT)和21mg電子受體材料，例如，PCBM溶解在2ml二氯苯中，從而制得混合物，然后在充氮手套箱中通過旋涂將混合物涂布在實施例1-1中形成的空穴輸送層上。完全蒸發(fā)涂布的混合物的溶劑，從而形成光活性層。1-3:納米壓印作為模具，使用由陽極化的氧化鋁(AAO)制成并且圖案周期為0.2pm的商業(yè)化膜濾器(從Whatman得到的Anodisc)。圖6顯示了上述模具在傾角為45°時的SEM圖像。將具有實施例1-2中形成的光活性層的基底放置在加熱到150°C的板上，將模具放在光活性層上，將平坦金屬板放在模具上，以向模具施加預(yù)定壓力，施加200kPa的壓力2min，取下模具，然后進行干燥，從而在光活性層上形成圖案。1-4:形成電子輸送層和陰極電極作為電子輸送層，在使用實施例1-3的納米壓印圖案化的光活性層上將氟化鋰(LiF)真空沉積至厚度為lnm，將作為陰極電極的鋁真空沉積至厚度為150nm，然后在150。C下進行熱處理10min，從而制得有機太陽能電池。實施例2:在干燥光活性層之前使用納米壓印制造有機太陽能電池以與實施例1相同的方式制造有機太陽能電池，除了在實施例1-2中，涂布在空穴輸送層上的光活性層的混合物未被干燥，并且在其中模具被放在剛剛涂布混合物之后的光活性層的混合物上的狀態(tài)下干燥混合物的溶劑。比較例1:制造具有本體異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu)的有機太陽能電池以與實施例1相同的方式制造有機太陽能電池，除了未進行實施例1-3。比較例2:在涂布陰極電極之前通過熱處理制造有機太陽能電池以與實施例1相同的方式制造有機太陽能電池，除了沒有使用實施例1-3的模具的納米壓印，具有光活性層的基底在加熱到150°C的板上放置2min，然后干燥，其后電子輸送層和陰極電極相繼形成在光活性層上。實驗例l:比較太陽能電池的特性使用太陽模擬器(從Newport得到的66984)比較實施例1和2以及比較例1和2中制造的有機太陽能電池的電流-電壓特性。作為太陽模擬器，使用300W氙燈(從Newport得到的6258)和AM1.5G濾波器(從Newport得到的81088A)，并且光的強度設(shè)定為100mW/cm2。從表1和圖7所示的結(jié)果可以看出，與比較例1和2的有機太陽能電池相比，實施例1和2的有機太陽能電池具有非常高的短路電流。此外，在評價實施例1的納米壓印工藝過程中用于使光活性層具有柔性的熱處理對于改善短路電流的影響時，因為與未經(jīng)熱處理的比較例1的有機太陽能電池相比，沒有使用模具而在150°C下熱處理2min的比較例2的太陽能電池沒有功率轉(zhuǎn)換效率的影響，所以可以證實，功率轉(zhuǎn)換效率的提高不受熱處理時間增加的影響。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>如上文所述，本發(fā)明提供一種有機太陽能電池和其制造方法。根據(jù)本發(fā)明，制造有機太陽能電池的方法能夠使用納米圖案使具有高導(dǎo)電率的金屬電極滲入光活性層，從而提高導(dǎo)電率和減少由于電子受體材料聚集而造成的光電流損失。此外，在納米壓印工藝中，電子供體的分子取向得以改善，從而可獲得高效率的有機太陽能電池。此外，可以通過簡單的制造工藝低成本地制造高效率的有機太陽能電池。因此，該方法可用于制造使用環(huán)境友好和可再生能源的有機太陽能電池。雖然為了說明目的公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在沒有偏離所附權(quán)利要求披露的本發(fā)明范圍和精神的前提下，可以有各種修改、添加和替代。權(quán)利要求1.一種制造有機太陽能電池的方法，包括(a)在基底上涂布透明電極材料，從而形成透明電極；(b)在所述透明電極上涂布溶解在溶劑中的電子供體材料和電子受體材料的混合物，從而形成光活性層，然后使用納米壓印工藝在所述光活性層上形成圖案；和(c)在圖案化的光活性層上涂布陰極電極材料，從而形成陰極電極。2.如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述基底是玻璃基底或柔性聚合物基底。3.如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述透明電極材料選自透明氧化物、導(dǎo)電聚合物、碳納米管薄膜、石墨烯薄膜、石墨烯氧化物薄膜、金屬復(fù)合的碳納米管薄膜及其混合物。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電子供體材料選自聚-3-己基噻吩(P3HT)、聚-3-辛基噻吩(P30T)、聚對苯乙炔(PPV)、聚(9，9，-二辛基芴)、聚(2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-l,4-苯乙炔(MEH-PPV)、聚(2-甲基-5-(3，,7，-二甲基辛氧基))-l,4-苯乙炔(MDMO-PPV)及其混合物。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電子受體材料選自(6,6)-苯基-C6r丁酸甲酯(PCBM)、(6,6)-苯基-C7r丁酸甲酯(C7o-PCBM)、富勒烯(C60)、(6，6)-噻吩基-Cw-丁酸甲酯(ThCBM)、碳納米管及其混合物。6.如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述陰極電極材料選自鈣、鋰、鋁、氟化鋰和鋰的合金、堿金屬鹽、導(dǎo)電聚合物及其混合物。7.如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述溶劑選自氯仿、氯苯、二氯苯、三氯苯及其混合物。8.如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述光活性層具有電子供體材料和電子受體材料的本體異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu)。9.如權(quán)利要求l所述的方法，其中使用具有圖案周期為0.01~1pm的圖案結(jié)構(gòu)的模具進行所述納米壓印工藝。10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述模具由選自金屬、金屬氧化物、陶瓷、半導(dǎo)體、熱固性聚合物及其混合物的材料制成。11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述納米壓印工藝通過以下步驟進行向所述基底的下表面施加熱量從而使所述光活性層具有柔性，在所述光活性層上放置具有圖案結(jié)構(gòu)的模具，以及向所述模具的上表面施加壓力，從而在所述光活性層上形成圖案。12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述納米壓印工藝通過以下步驟進行在蒸發(fā)所述光活性層的混合物的溶劑之前，在所述光活性層上放置具有圖案結(jié)構(gòu)的模具，從而利用毛細管力在所述光活性層上形成圖案。13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述(c)還包括在圖案化的光活性層上形成陰極電極之后進行熱處理。14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述(a)還包括在所述基底上形成透明電極之后在所述透明電極上涂布空穴輸送材料，從而形成空穴輸送層。15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述空穴輸送材料選自聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸鹽、聚苯胺、銅酞菁(CuPC)、聚噻吩乙炔、聚乙烯基咔唑、聚對苯乙炔、聚(甲基苯基硅垸)及其混合物。16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述(b)還包括在使用納米壓印工藝在所述光活性層上形成圖案之后在圖案化的光活性層上涂布電子輸送材料，從而形成電子輸送層。17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述電子輸送材料選自氟化鋰(LiF)、鈣、鋰、氧化鈦及其混合物。18.—種使用權(quán)利要求1所述方法制造的有機太陽能電池，其包括具有電子供體和電子受體的本體異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu)的光活性層，其中陰極電極材料滲入所述光活性層。19.一種制造有機太陽能電池的方法，包括0)在玻璃基底上涂布氧化銦錫，從而形成透明電極；(b)在所述透明電極上涂布聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸鹽，從而形成空穴輸送層；(c)在所述空穴輸送層上涂布溶解在二氯苯中的聚-3-己基噻吩和(6,6)-苯基-(:61-丁酸甲酯的混合物，從而形成光活性層，然后使用納米壓印工藝在所述光活性層上形成圖案；(d)在圖案化的光活性層上涂布氟化鋰，從而形成電子輸送層；和(e)在所述電子輸送層上涂布鋁，從而形成陰極電極。20.—種使用權(quán)利要求19所述方法制造的有機太陽能電池，其包括具有聚-3-己基噻吩和(6,6)-苯基-C6r丁酸甲酯的本體異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu)的光活性層，其中陰極電極材料滲入所述光活性層。全文摘要本發(fā)明涉及一種有機太陽能電池和其制造方法。該方法包括使用納米壓印工藝在光活性層上形成納米圖案，以及在具有納米圖案的光活性層上涂布陰極電極材料，使得陰極電極材料滲入光活性層的納米圖案，從而提高電子導(dǎo)電率并且有效地形成輸送電子的通路。該方法可減少由于電子受體材料聚集而造成的光電流損失并且在納米壓印工藝中電子供體的分子取向得以改善，從而可以提高電池效率。此外，可以通過簡單的制造工藝低成本地制造高效率的有機太陽能電池。因此，該方法可用于制造使用環(huán)境友好和可再生能源的有機太陽能電池。文檔編號H01L51/44GK101609870SQ20091014234公開日2009年12月23日申請日期2009年6月1日優(yōu)先權(quán)日2008年6月18日發(fā)明者泓張,李在憲,鄭喜臺,金大禹申請人:韓國科學(xué)技術(shù)院