[發(fā)明專利]反型結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910067138.2
• 申請日: 2009-06-19
• 公開（公告）號: CN101577313A
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沈亮;陳維友;阮圣平;張歆東;郭文濱;劉彩霞;陶晨
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 張景林;劉喜生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于聚合物太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種使用TiO₂作為電子傳輸層、CuPc作為空穴傳輸層、電極反型的聚合物太陽能電池及其制備方法。

背景技術(shù)

聚合物太陽能電池由于其廉價、柔性、大面積等優(yōu)點(diǎn)成為近年來清潔、可再生能源研究領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)。在基于聚三己基噻吩(P3HT)/富勒烯衍生物(PCBM)共混薄膜的太陽能電池中，傳統(tǒng)上采用ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/LiF/Al的結(jié)構(gòu)。雖然這種電池有4～5％的轉(zhuǎn)化效率，但是這種結(jié)構(gòu)制作的電池有很多缺點(diǎn)。例如：PSS作為一種有機(jī)酸，它會腐蝕ITO表面，使得ITO表面的粗糙度增加，導(dǎo)致了器件的串聯(lián)電阻增大，光生電流減小，能量轉(zhuǎn)化效率下降。另外，LiF作為陰極緩沖層，它的最佳厚度為0.6～1.2nm，當(dāng)厚度大于1.2nm時，作為絕緣體的Li?F，增大了器件的串聯(lián)電阻，導(dǎo)致了光生電流減小，能量轉(zhuǎn)化效率下降。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種反型結(jié)構(gòu)體異質(zhì)結(jié)聚合物太陽能電池及其制備方法，，使用TiO₂和CuPc代替PEDOT:PSS和LiF材料。

本發(fā)明所制備反型結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池，從下至上，結(jié)構(gòu)依次為ITO襯底陰極、TiO₂電子傳輸層、P3HT:PCBM有源層、CuPc空穴傳輸層、Au陽極，即ITO/TiO₂/P3HT:PCBM/CuPc/Au結(jié)構(gòu)，ITO陰極層的厚度為50～100nm，TiO₂電子傳輸層的厚度為25～50nm，P3HT:PCBM有源層的厚度為200～300nm，CuPc空穴傳輸層的厚度為1～15nm，Au陽極的厚度為50～80nm，Au陽極為條形結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明所述器件是在ITO玻璃表面，利用溶膠-凝膠法經(jīng)過燒結(jié)生長一層均勻致密的TiO₂薄膜。制備的TiO₂薄膜，表面起幅度只有2～4nm，有效地平整ITO粗糙的表面形貌，與有源層P3HT:PCBM接觸良好，可以減少太陽能電池的串聯(lián)電阻，解決了PSS腐蝕ITO的問題。其次，TiO₂作為一種寬禁帶的N型半導(dǎo)體材料，它可以有效地傳導(dǎo)激子分離后的電子，而阻擋空穴，同時TiO₂還是一種選擇吸收層。TiO₂薄膜制備簡單，價格低廉，作為無機(jī)材料，與有機(jī)材料PEDOT:PSS相比性能更加穩(wěn)定，而且簡化了ITO的前期處理過程，不用進(jìn)行親水性處理。本發(fā)明在P3HT:PCBM有源層上生長一層CuPc材料，CuPc是一種有機(jī)P型半導(dǎo)體材料，激子擴(kuò)散長度大，電荷遷移率高，可以有效地傳導(dǎo)激子分離后的空穴，有效地平整有源層表面的粗糙度，避免了有源層和金電極的直接接觸。而且它作為一種金屬絡(luò)合物，與金電極有良好的接觸。CuPc的HOMO能級與金電極的功函數(shù)相近，二者接觸不存在肖特基勢壘，與金電極的良好接觸減少了電池的串聯(lián)電阻，提高了光生電流，進(jìn)而提高電池的能量轉(zhuǎn)化效率。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中使用的LiF，受高熱易分解，放出有毒的煙氣。本發(fā)明中使用的CuPc，無毒，操作中易于控制。

本發(fā)明所述的反型結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池的制備方法，其步驟與條件如下：

A.切割I(lǐng)TO玻璃(深圳南玻集團(tuán))，將其置入燒杯中，分別使用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗15～20min，清洗后，用干燥氮?dú)獯蹈桑湃肱囵B(yǎng)皿中；

B.

(1)室溫25℃下將10～20ml的鈦酸四丁酯(北京益利化工廠)于劇烈攪拌下滴加到90～100ml無水乙醇(北京化工廠)中，再滴加10～20ml的冰乙酸(北京化工廠)，經(jīng)過20～30min的攪拌，得到均勻透明的淡黃色溶液；然后加入10～20ml的乙酰丙酮(天津化學(xué)試劑廠)，攪拌20～30min，再將10～20ml去離子水以2～4ml/min的速率緩慢滴加到上述溶液中，繼續(xù)攪拌1～2h，得到了均勻透明的淡黃色溶膠，放置陳化6～8h；

(2)將陳化后的溶膠采用旋涂的方法在清洗烘干后的ITO玻璃上制備TiO₂薄膜，旋涂的速度為2000～5000rpm；

(3)最后將帶有TiO₂薄膜的ITO玻璃放入馬弗爐中，于450～550℃溫度條件下焙燒2～3h，之后關(guān)閉電源讓薄膜隨爐自然冷卻至室溫，即在ITO上制備得到納米晶體TiO₂薄膜，薄膜的厚度為25～50nm；