[發明專利]一種聚合物太陽能陽極修飾電池及其制備方法

無效

• 申請號: 201210083791.X
• 申請日: 2012-03-27
• 公開（公告）號: CN102623641A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 譚占鰲;李良杰;胡曉琦;蘇葉;周正
• 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: 陳波

技術領域

本發明屬于聚合物太陽能電池技術領域，具體涉及一種聚合物太陽能陽極修飾電池的制備方法。

背景技術

隨著近年來能源危機和環境污染的逐漸加劇，對可再生能源的需求愈來愈大。作為一種清潔的可再生能源，太陽能電池的研究和應用在過去的幾十年中取得了巨大的發展。聚合物太陽能電池一般由共軛聚合物給體和富勒烯衍生物受體的共混膜夾在ITO透明正極和金屬負極之間所組成，具有結構和制備工藝簡單、重量輕、造價低廉、容易制備大面積柔性器件等優點而受到廣泛關注。結構規整的聚(3-己基)噻吩(P3HT)和可溶性C₆₀衍生物PCBM(PC₆₀BM)是最具代表性的給體和受體光伏材料。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。

發明內容

本發明的目的是提供一種聚合物太陽能陽極修飾電池及其制備方法。

一種聚合物太陽能電池見圖1，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。

一種聚合物太陽能陽極修飾電池的制備方法，其特征在于，制備步驟如下：

(1)陽極的制備：在襯底上濺射金屬氧化物，制備透明導電金屬氧化物電極層，清洗2～5次，氮氣吹干，得到聚合物太陽能電池的陽極；

(2)陽極修飾層的制備：在電池的陽極上旋涂異丙醇鎢與溶劑的混合溶液，轉速為1000～5000rpm，涂膜厚度為10～然后在20～250℃下烘烤1min～48h，自然冷卻，得到陽極修飾層；

(3)光電活性層的制備：將電子給體材料和電子受體材料的混合溶液在800～1000rpm的轉速下直接旋涂于陽極修飾層上，厚度為150～240nm，作為光電活性層；

(4)低功函陰極層的制備：在10-4～10-5帕下，于光電活性層上真空蒸鍍金屬電極材料作低功函陰極層。

步驟(1)中所述襯底為玻璃或聚酯薄膜。

步驟(1)中所述金屬氧化物為In、Sn、Zn或Cd的氧化物中的一種或一種以上。

步驟(2)中所述的混合溶液中異丙醇鎢的濃度為2-10mg/ml，溶劑為異丙醇、異辛醇、乙醇、乙酸乙酯或石油醚中的一種或一種以上。

步驟(3)中所述的電子給體材料為：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，電子受體材料為：富勒烯或其衍生物、苝或其衍生物、萘或其衍生物、醌類、III-V族半導體納米晶或II-VI族半導體納米晶；吸電子共軛單元為吡咯并吡咯二酮、苯并噻二唑或噻吩并吡咯二酮，給電子共軛單元為咔唑、芴、苯并二噻吩或者二噻吩并苯。

步驟(3)中可在光電活性層上制備陰極修飾層，陰極修飾層的材料為堿金屬的氟化物、堿土金屬的氟化物、Ti的氧化物、Zn的氧化物或Ti和Zn的復合氧化物。

步驟(3)中所述的低功函陰極層的電極材料為Ca、Mg、Cs、Al中的一種或一種以上。

本發明的有益效果：把異丙醇鎢作為陽極修飾材料引入聚合物太陽能電池陽極修飾層中，實現了空穴的高效收集；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。

附圖說明

圖1為聚合物太陽能電池結構示意圖；圖中標號各代表：1-襯底；2-透明導電金屬氧化物陽極；3-陽極修飾層；4-光電活性層；5-陰極修飾層；6-低功函陰極層；7-負載或測試裝置；8-金屬導線；9-入射光。

圖2為ITO/異丙醇鎢/P3HT:PC₇₀BM/Ca/Al的電流-電壓特性曲線。