[發明專利]一種聚合物太陽能電池及其制備方法

無效

• 申請號: 201110149480.4
• 申請日: 2011-06-03
• 公開（公告）號: CN102810642A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: 周明杰;王平;黃輝;陳吉星
• 申請（專利權）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術有限公司
• 主分類號: H01L51/44
• 分類號: H01L51/44;H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 何平

技術領域

本發明涉及電化學領域，尤其涉及一種聚合物太陽能電池及其制備方法。

背景技術

1982年，Weinberger等研究了聚乙炔的光伏性質，制造出了第一個具有真正意義上的太陽能電池，但是當時的光電轉換效率極低(10^-3％)。緊接著，Glenis等制作了各種聚噻吩的太陽能電池，當時都面臨的問題是極低的開路電壓和光電轉換效率。直到1986年，C.W.Tang等首次將p型半導體和n型半導體引入到雙層結構的器件中，才使得光電流得到了極大程度的提高，從此以該工作為里程碑，有機聚合物太陽能電池蓬勃發展起來。

1992年Sariciftci等發現2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-1，4-苯乙(MEH-PPV)與復合體系中存在快速光誘導電子轉移現象，引起了人們的極大興趣，而在1995年，Yu等用MEH-PPV與C60衍生物PCBM混合作為活性層制備了有機聚合物體異質結太陽能電池。器件在20mW/cm²430nm的單色光照射下，能量轉換效率為2.9％。這是首個基于聚合物材料與PCBM受體制備的本體異質結太陽能電池，并提出了復合膜中互穿網絡結構的概念。至此，本體異質結結構在聚合物太陽能電池中的應用得到了迅速的發展。這種結構也成為目前人們普遍采用的有機聚合物太陽能電池結構。

聚合物太陽能電池的工作原理主要分為四部分：(1)光激發和激子的形成；(2)激子的擴散；(3)激子的分裂；(4)電荷的傳輸和收集。首先，共軛聚合物在入射光照射下吸收光子，電子從聚合物最高占有軌道(HOMO)躍遷到最低空軌道(LUMO)，形成激子，激子在內建電場的作用下擴散到給體/受體界面處分離成自由移動的電子和空穴，然后電子在受體相中傳遞并被陰極收集，空穴則通過給體相并被陽極收集，從而產生光電流，這就形成了一個有效的光電轉換過程。

目前常用的結構為：ITO陽極/空穴緩沖層/活性層/電子緩沖層/陰極。這種結構由于陰極一般采用低功函的活潑金屬；因此，容易與大氣中的氧氣發生反應，不利于電池的穩定性，給應用帶來了很大的制約。

發明內容

本發明的目的在于提供一種穩定性好、能量轉換率高的聚合物太陽能電池。

本發明的技術方案如下：

一種聚合物太陽能電池，該電池為層狀結構，且該層狀結構依次為：陽極基底、空穴緩沖層、活性層、電子傳輸層、電子緩沖層、陰極層，即該電池的結構依次為：陽極基底/空穴緩沖層/活性層/電子傳輸層/電子緩沖層/陰極層。

該聚合物太陽能電池中，各功能層所用材質如下，

導電陽極基底為銦錫氧化物玻璃(ITO)、摻銦氧化鋅玻璃(IZO)、摻氟氧化錫玻璃(FTO)或摻鋁的化鋅玻璃(AZO)中的任一種；

空穴緩沖層的材料為聚3，4-二氧乙烯噻吩(PEDOT)與聚苯磺酸鈉(PSS)的混合物，即PEDOT∶PSS混合物；

活性層的材料為聚3-己基噻吩(P3HT)、聚[2-甲氧基-5-(3，7.二甲基辛氧基)對苯撐乙烯](MDMO-PPV)或聚[2-甲氧基-5-(2′-乙烯基-己氧基)聚對苯乙烯撐](MEH-PPV)分別與富勒烯丁酸甲酯衍生物(PCBM)混合后形成混合物中的任一種；即P3HT∶PCBM、MDMO-PPV∶PCBM或者MEH-PPV∶PCBM中的任一種；其中，P3HT∶PCBM的質量比控制在1∶0.8-1∶1的范圍，MDMO-PPV∶PCBM或者MEH-PPV∶PCBM的質量比分別控制在1∶1-1∶4的范圍；

所述電子傳輸層的材料為8-羥基喹啉鋁(Alq₃)、4，7-二苯基-1，10-菲羅啉(Bphen)、1，2，4-三唑衍生物(如TAZ)或N-芳基苯并咪唑(TPBI)中的任一種；

電子緩沖層的材料為氧化鋰(Li₂O)、氧化銫(Cs₂O)、碳酸氫銫(CsHCO₃)、磷酸鋰(Li₃PO₄)或硝酸鋰(LiNO₃)中的任一種；

陰極層的材料為鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)或鉑(Pt)中的任一種金屬。

本發明的另一目的在于提供上述聚合物太陽能電池的制備方法，其工藝步驟如下：

S1、將陽極基底依次在洗潔精，去離子水，丙酮，乙醇，異丙醇中超聲清洗，去除表面的有機污染物，清洗干凈后于功率10-50W下，對其進行氧等離子處理5-15min，或UV-臭氧處理5～50min；