[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: 201110216969.9
• 申請日: 2011-07-29
• 公開（公告）號: CN102299262A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 譚占鰲;張文慶;錢德平
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H01L51/44
• 分類號: H01L51/44;H01L51/46
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 童曉琳

技術領域

本發明屬于聚合物太陽能電池技術領域，特別涉及一種聚合物太陽能電池及其制備方法。

背景技術

近年興起的有機和聚合物薄膜太陽能電池具有成本低、重量輕、制作工藝簡單、可制備成大面積柔性器件等突出優點而備受關注。通過優化設計合成新型的聚合物給體材料和富勒烯衍生物受體材料以及優化活性層中給受體的微相分離結構，使本體異質結聚合物太陽能電池光電轉化效率已經超過8％，接近非晶硅電池的水平。在傳統的本體異質結聚合物太陽能電池中，由于陽極ITO的功函較低(4.7eV)，不能與大多數共軛聚合物光伏材料的最高占據分子軌道能級(5.0eV左右)匹配，常用PEDOT:PSS做為陽極修飾層以提高陽極的功函，從而增加空穴的收集能力。但是PEDOT:PSS本身具有一定的酸性，長期使用會腐蝕陽極ITO，從而造成陽極界面的不穩定，最終影響太陽能電池的長期穩定性。因此用高功函的中性溶液來制備陽極修飾層越來越引起人們的關注。如圖1，聚合物太陽能電池主要包含依次層疊的襯底1，透明導電金屬氧化物電極層2，陽極修飾層3，光電活性層4，陰極修飾層(也可以沒有)5以及低功函陰極層6等，電池以金屬導線8與負載或測試裝置7連接，入射光9從襯底1方向射入。

二(乙酰丙酮)氧化鉬是淺黃、灰綠至黃棕色結晶粉末，其結構如式1所示，相對分子量或原子量為326.15；熔點為184℃；20℃時的溶解度為8.52g/100mL水，0.31g/100mL乙醇，1.84g/100mL苯。該材料主要用途是構成一種功能性的復合物用于研究鉬血清轉移酶。本發明首次將其用作陽極修飾材料應用于聚合物太陽能電池中。

(式1)

發明內容

本發明的目的是提供一種聚合物太陽能電池及其制備方法。

本發明所提供的聚合物太陽能電池，包括依次層疊的襯底、透明導電金屬氧化物電極層、陽極修飾層、光電活性層、陰極修飾層(也可以沒有)和低功函陰極層，其中，所述陽極修飾層為二(乙酰丙酮)氧化鉬膜。

在本發明中，二(乙酰丙酮)氧化鉬膜的優選厚度為10-500。

其中，本發明聚合物太陽能電池的襯底可選用玻璃或聚酯薄膜；

透明導電金屬氧化物電極層為In、Sn、Zn、Cd的氧化物或其復合多元氧化物；

光電活性層為電子給體和電子受體共混膜，其中所述的電子給體材料選自：聚(對亞苯基亞乙烯)類、聚(亞芳基亞乙烯基)類、聚(對亞苯基)類、聚(亞芳基)類、聚噻吩類、聚喹啉類、卟啉類、酞菁類或者選自由吸電子共軛單元如吡咯并吡咯二酮(DPP)、苯并噻二唑(BT)、噻吩并吡咯二酮(TP)與給電子共軛單元如咔唑(Cz)、芴(F)、苯并二噻吩(BDT)、二噻吩并苯(BDP)偶聯等組成的共聚物等，電子受體材料選自：富勒烯或其衍生物、苝或其衍生物、萘或其衍生物、醌類或者選自III-V族和II-VI族半導體納米晶等；

所述陰極修飾層為堿金屬的氟化物、堿土金屬的氟化物、Ti或Zn的氧化物或其復合多元氧化物；

所述低功函陰極層為Ca、Mg、Cs、Al或其復合電極。

上述聚合物太陽能電池的制備方法，包括如下步驟：

(1)在襯底上制備透明導電金屬氧化物電極層，作為聚合物太陽能電池的陽極；

(2)在透明導電陽極上旋涂二(乙酰丙酮)氧化鉬與溶劑的混合溶液，經烘烤，得到陽極修飾層；

(3)在陽極修飾層上依次制備光電活性層和低功函陰極層，或者在陽極修飾層上依次制備光電活性層、陰極修飾層和低功函陰極層，得到所述聚合物太陽能電池。

在制備過程中，主要利用旋涂的轉速來控制二(乙酰丙酮)氧化鉬膜的厚度，轉速優選1000-5000rpm。烘烤的溫度可為20-250℃，時間可為1分鐘到48小時。

步驟(2)中，混合溶液中二(乙酰丙酮)氧化鉬的濃度優選2-10mg/mL。

步驟(2)中，所述溶劑為異丙醇、異辛醇、乙醇、乙酸乙酯或石油醚中的任意一種或幾種。

本發明的有益效果為：陽極修飾層為二(乙酰丙酮)氧化鉬為陽極修飾材料，將其引入聚合物太陽能電池中，實現了空穴的高效收集；并且與現有的PEDOT:PSS相比，本發明還具有修飾層不腐蝕陽極、光電轉換效率高、工藝簡單，成本低廉，實驗重復性好、適合于大規模工業化生產等特點。

本發明應用二(乙酰丙酮)氧化鉬膜作為陽極修飾層，可以有效的實現空穴的收集，提高ITO的功函，在聚合物太陽能電池中表現出優異的性能。

附圖說明