[發明專利]聚合物太陽能電池陰極修飾材料及應用該修飾材料的電池

無效

• 申請號: 201110359001.1
• 申請日: 2011-11-11
• 公開（公告）號: CN102447069A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 譚占鰲;李良杰;張文慶;徐琦
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H01L51/46
• 分類號: H01L51/46;H01L51/44;H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 薄觀玖

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陰極修飾材料及應用該修飾材料的電池。

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顯著提高到5-8％，接近非晶硅電池的水平。但是傳統本體異質結聚合物太陽能電池因用低功函活潑金屬如鈣、鋇等作為陰極層極易氧化，致使電池的穩定性不佳，不利于器件的穩定性和壽命的提高。LiF等堿金屬和堿土金屬鹵化物需要真空熱蒸鍍，所需厚度極薄，通常小于1納米，不易精確控制，器件重復性差。因此開發穩定的，能溶液加工的陰極修飾層備受關注。

如圖1，傳統有機/聚合物本體異質結太陽能電池主要包含依次層疊的襯底1，陽極層2，陽極修飾層3，光電活性層4，陰極修飾層5，以及陰極層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。

乙酰丙酮氧化鈦是白色或淺黃色粉末狀固體，其結構如式1所示。相對分子量或原子量為262.12，熔點為200℃，沸點為159-160℃，常溫常壓下穩定。該材料溶于異丙醇，也溶于苯、甲苯和氯仿，且溶于水，溶解度為6.6g/L。常用作樹脂交聯劑和固體促進劑，也可用作有機合成催化劑。本發明首次將其用作陰極修飾層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陰極修飾材料及應用該修飾材料的電池。

本發明提供一種聚合物太陽能電池陰極修飾材料，該陰極修飾材料為乙酰丙酮氧化鈦。

本發明所提供的聚合物太陽能電池，包括依次層疊的襯底、陽極層、陽極修飾層、光電活性層、陰極修飾層和陰極層，其中，陰極修飾層為乙酰丙酮氧化鈦膜。

在本發明中，乙酰丙酮氧化鈦膜的優選厚度為

其中，本發明太陽能電池的襯底可選用玻璃或聚酯薄膜；陽極層為ITO或金膜；所述陽極修飾層為聚乙撐二氧噻吩(PEDOT)與聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)的復合膜；所述光電活性層為電子給體和電子受體共混膜；所述陰極為堿金屬、堿土金屬或含有鋁、銀或銅的覆蓋物。

所述光電活性層中，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與給電子共軛單元偶聯組成的共聚物，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。

所述吸電子共軛單元為吡咯并吡咯二酮(DPP)、苯并噻二唑(BT)或者噻吩并吡咯二酮(TP)，所述給電子共軛單元為咔唑(Cz)、芴(F)、苯并二噻吩(BDT)或者二噻吩并苯(BDP)。

上述聚合物太陽能電池的制備方法，包括如下步驟：

(1)在襯底上依次連續制備陽極層、陽極修飾層和光電活性層；

(2)將乙酰丙酮氧化鈦與溶劑混合形成混合溶液，在光電活性層上旋涂上述混合溶液，真空干燥，得到陰極修飾層；

(3)在陰極修飾層上制備陰極層，得到所述聚合物太陽能電池。

其中，所述的溶劑為既能溶解乙酰丙酮氧化鈦，又不與下層的光電活性層發生作用，常用的有異丙醇、異辛醇、乙醇、乙酸乙酯、石油醚；優選為異丙醇、異辛醇、乙醇。

在制備過程中，主要利用旋涂的轉速來控制乙酰丙酮氧化鈦膜的厚度，轉速優選1000-5000rpm。烘烤的溫度可為室溫到250℃，時間可為1分鐘到48小時。

步驟(2)中，混合溶液中乙酰丙酮氧化鈦的濃度優選1-20mg/ml。

本發明的有益效果為：本發明以乙酰丙酮氧化鈦為陰極修飾層，采用旋涂法制備陰極修飾層，將乙酰丙酮氧化鈦引入聚合物太陽電池中，實現了電子的高效收集；并且與現有的溶膠凝膠法制備的二氧化鈦和真空蒸鍍的LiF相比，本發明也具有光電轉換效率高、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。

附圖說明

圖1為聚合物太陽能電池結構示意圖；

圖2為Glass/ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC₆₀BM/Al的電流-電壓特性曲線；