[發(fā)明專利]一種具有高開路電壓的太陽(yáng)能電池的制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210474209.2
• 申請(qǐng)日: 2012-11-20
• 公開（公告）號(hào): CN103094482A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張俊;叢國(guó)芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 溧陽(yáng)市生產(chǎn)力促進(jìn)中心
• 主分類號(hào): H01L51/48
• 分類號(hào): H01L51/48
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 查俊奎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池的制造方法。

背景技術(shù)

隨著全球能源需求的逐年增加，石油、煤炭等一次性能源的日漸枯竭，人們對(duì)風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生資源投入了更多的關(guān)注和研究，其中基于光伏效應(yīng)的太陽(yáng)能電池是其中的熱點(diǎn)之一。

目前，市場(chǎng)上成熟的太陽(yáng)電池主要為基于單晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化鎵、磷化銦以及多晶膜化合物半導(dǎo)體等無機(jī)太陽(yáng)能電池，其中，多晶硅和非晶硅太陽(yáng)能電池在民用太陽(yáng)能電池市場(chǎng)上占主導(dǎo)地位。經(jīng)過五十余年的發(fā)展，無機(jī)單晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)由發(fā)明之初的6％，提高到目前的最高效率可達(dá)30％以上，但是由于無機(jī)半導(dǎo)體太陽(yáng)電池對(duì)材料純度的要求非常高，且價(jià)格昂貴，因此其應(yīng)用受到很大限制。

1986年，美國(guó)柯達(dá)公司首次在同一器件中引入給體和受體材料，形成異質(zhì)結(jié)電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到1％，標(biāo)志著有機(jī)半導(dǎo)體制備的光伏器件取得突破。1992年Sariciftci等在對(duì)MEH-PPV/C₆₀復(fù)合體系的研究中發(fā)現(xiàn)二者在基態(tài)沒有相互作用，但是C₆₀對(duì)MEH-PPV的熒光卻有很強(qiáng)的猝滅作用，并提出體系中存在光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移過。人們對(duì)不同的復(fù)合體系進(jìn)行深入研究，證明了光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的存在。這一過程在幾個(gè)皮秒內(nèi)完成，可以有效地阻止光激發(fā)產(chǎn)生的電子和空穴再發(fā)生復(fù)合。光誘導(dǎo)電荷快速能量轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)是聚合物太陽(yáng)電池理論方面的重大突破，為聚合物太陽(yáng)電池效率的提高提供了理論支持。

1995年俞鋼等人通過將電子給體材料與受體材料共混，制得共軛聚合物MEH-PPV和碳60互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)電池，其能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到2.9％。在這種體系中，電子給體材料與受體材料形成雙連續(xù)的互穿網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)大大增大了二者界面面積，使異質(zhì)結(jié)更加分散，這種將異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)分散到整個(gè)活性層的結(jié)構(gòu)，實(shí)際上將整個(gè)活性層變?yōu)橐粋€(gè)大的本體異質(zhì)結(jié)，從而在活性層中的任何位置均可產(chǎn)生電荷。只要各相材料形成從二者界面到各自電極的連續(xù)通道，那么，由光子到電子的轉(zhuǎn)換效率可以得到很大的提高。這就是人們常說的太陽(yáng)能電池。

體異質(zhì)結(jié)概念產(chǎn)生克服了單層、雙層/多層器件的結(jié)構(gòu)缺陷。由于電子給體與電子受體各自形成網(wǎng)絡(luò)狀連續(xù)相，光誘導(dǎo)所產(chǎn)生的電子與空穴分別在各自的相中輸運(yùn)并在相應(yīng)的電極上被收集，光生載流子在到達(dá)相應(yīng)的電極前被重新復(fù)合的幾率大大降低，從而提高了光電流。這樣，體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)就能大幅度的提高光電能量轉(zhuǎn)換效率。如今，體異質(zhì)結(jié)概念已廣泛用于基于聚合物的太陽(yáng)電池，能量轉(zhuǎn)換效率已能達(dá)到5％以上，其具有誘人的發(fā)展方向。

但是，目前有機(jī)太陽(yáng)電池的開路電壓一般只能達(dá)到0.60~0.80eV左右，距離商業(yè)化還有一段較大的距離。因此，如何獲得高效率更高，性能更穩(wěn)定的有機(jī)太陽(yáng)能電池，實(shí)現(xiàn)其商業(yè)化生產(chǎn)，應(yīng)用于目前無機(jī)太陽(yáng)電池所應(yīng)用的所有領(lǐng)域，是本領(lǐng)域技術(shù)人員面臨的很大挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開了一種具有高開路電壓的太陽(yáng)能電池的制造方法，該太陽(yáng)能電池具有較高的開路電壓和器件性能。

本發(fā)明的具有高開路電壓的太陽(yáng)能電池制造方法包括如下步驟：依次制備襯底、陽(yáng)極、空穴傳輸層、活性層和陰極，該空穴傳輸層為PEDOT:PSS；

該方法還包括在活性層與陰極之間制備電子傳輸層，電子傳輸層為具有通式（I）結(jié)構(gòu)的聚合物，其聚合度n為1～300的任意整數(shù)，該聚合物的制造方法包括如下步驟：

（1）、化合物1在濃硝酸和醋酸作用下脫羧硝化得化合物2，再用鋅粉/醋酸或鈀碳/水合肼還原成化合物3，然后用亞硝酸鈉和鹽酸制成重氮鹽溶液，再與乙基黃原酸鉀反應(yīng)生成化合物4；?

（2）、將芳香胺5用亞硝酸鈉和鹽酸制成重氮鹽溶液，再與碘化鈉反應(yīng)合成芳香碘代產(chǎn)物6；?

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（3）、將化合物4溶于四氫呋喃，用四氫鋰鋁還原成苯硫酚7；

（4）、將芳香碘代化合物6與苯硫酚7溶于乙二醇和異丙醇或甲苯等溶劑中，在碳酸鉀和碘化亞銅作用下合成結(jié)構(gòu)為通式I的材料；

其中，A選自結(jié)構(gòu)式II所示的4-硝基取代的取代苯基、結(jié)構(gòu)式III所示的4-烷氧基取代的取代苯基、結(jié)構(gòu)式IV所示的取代雜環(huán)或結(jié)構(gòu)式V所示的取代雜環(huán)；?