[發明專利]聚合物太陽能電池及其制備方法

無效

• 申請號: 201110385049.X
• 申請日: 2011-11-28
• 公開（公告）號: CN103137869A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 周明杰;王平;黃輝;張振華
• 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;H01L51/46;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】

本發明涉及太陽能電池領域，特別涉及一種聚合物太陽能電池及其制備方法。

【背景技術】

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等發現聚2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-1，4-苯乙烯(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。用到的電子緩沖層一般為LiF，這種蒸鍍條件比較苛刻，需要控制在1nm以下，太厚會使電阻急劇上升，太薄則會起不了緩沖作用，最終使器件的效率下降，另外，厚度太薄，則會使活性層與陰極的距離太近，會造成電子淬滅的產生，影響能量轉換效率，同時，LiF的蒸鍍溫度較高，約800～1000度，在蒸鍍過程中會引起真空設備的脫氣過程，使真空度突然降低，引入雜質，不利于蒸鍍，而單一電子緩沖層一般較薄(10nm以下)，使得活性層與陰極之間的距離過短，令激子容易與陰極發生淬滅，降低效率，同時，這種單一的材料常常對電子傳輸速率改變不大，而電子傳輸速率往往比空穴傳輸速率要小得多，因此，要提高光電轉換速率，必須要先提高電子傳輸速率，使之與空穴傳輸速率相匹配。

【發明內容】

基于此，有必要提供一種具有較高光電轉換效率的聚合物太陽能電池。

一種聚合物太陽能電池，包括依次層疊的陽極基底、空穴緩沖層、活性層及陰極，所述聚合物太陽能電池還包括位于所述活性層與所述陰極之間的電子傳輸層，所述電子傳輸層包括電子傳輸材料及摻雜于所述電子傳輸材料中的雙極性金屬氧化物，其中，所述雙極性金屬氧化物的摻雜質量百分含量為5％～30％，所述雙極性金屬氧化物為三氧化鉬、氧化鎢、五氧化二釩及二氧化釩中的一種。

在優選的實施例中，所述電子傳輸材料為8-羥基喹啉鋁、4，7-二苯基-1，10-菲羅啉、1，2，4-三唑衍生物及N-芳基苯并咪唑中的一種。

在優選的實施例中，所述電子傳輸層的厚度為10～40納米。

在優選的實施例中，所述陽極基底為銦錫氧化物玻璃、摻氟的氧化錫玻璃、摻鋁的氧化鋅玻璃及摻銦的氧化鋅玻璃中的一種。

在優選的實施例中，所述空穴緩沖層的材料為摻雜3，4-乙烯基二氧噻吩的聚苯乙烯磺酸，所述3，4-乙烯基二氧噻吩與所述聚苯乙烯磺酸的重量比為2∶1～6∶1，且所述空穴緩沖層的厚度為20納米～80納米。

在優選的實施例中，所述活性層的材料為聚3-己基噻吩與C₆₀的水溶性衍生物的混合物、聚對苯亞乙烯衍生物與C₆₀的水溶性衍生物的混合物及聚2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-1，4-苯乙烯與C₆₀的水溶性衍生物的混合物中的一種，所述活性層的厚度為80納米～300納米。

在優選的實施例中，所述陰極為鋁、銀、金及鉑中的一種，且所述陰極的厚度為80納米～200納米。

此外，還有必要提供一種上述聚合物太陽能電池的制備方法。