[發明專利]具有水溶性五氧化二釩空穴傳輸層的聚合物太陽能電池及其制備方法

無效

• 申請號: 201210562991.3
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN102983275A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 郭文濱;武建;沈亮;阮圣平;劉彩霞;董瑋;張歆東;陳維友
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張景林;劉喜生

技術領域

本發明屬于聚合物太陽能電池技術領域，具體涉及一種具有水溶性五氧化二釩空穴傳輸層的聚合物太陽能電池及其制備方法。

背景技術

聚合物太陽能電池由于其材料來源廣泛、低成本、柔性、可大面積制備等優點成為近年來極具吸引力的研究課題。傳統反型聚合物太陽能電池結構由陰極、電子傳輸層、有源層、空穴傳輸層和陽極構成，而空穴傳輸層都采用真空熱蒸鍍的方法蒸鍍到有源層的表面。但是真空熱蒸鍍空穴傳輸層有很多缺點，例如在蒸鍍的過程將極大的消耗能源，并且蒸鍍空穴傳輸層后蒸鍍腔體內不可避免還將殘存空穴傳輸層材料的小顆粒，這將對下一步陽極的蒸鍍造成一定的影響。另外空穴傳輸層一般比較薄，在幾納米左右，熱蒸鍍時速度相對難于控制，厚度的控制相對不容易掌握，很容易蒸厚，從而使得器件的串聯電阻增大，導致光生電流減少，器件能量轉換效率降低。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有水溶性五氧化二釩空穴傳輸層的聚合物太陽能電池及其制備方法，經水熱合成法合成的五氧化二釩溶于異丙醇后采用旋涂成膜的方式來取代真空熱蒸鍍法蒸鍍五氧化二釩薄膜，從而使操作更加簡單方便，而且極大降低能源的消耗。

本發明所制備的聚合物太陽能電池，從下至上，依次由作為襯底和陰極的ITO導電玻璃、TiO₂電子傳輸層、P3HT:PCBM有源層、V₂O₅空穴傳輸層、Ag陽極組成，即結構為ITO/TiO₂/P3HT:PCBM/V₂O₅/Ag。

本發明中的空穴傳輸層五氧化二釩采用水熱合成法制得，制得的產物具有納米線狀結構，能增大空穴傳輸層與有源層之間的接觸面積，從而更利于傳輸空穴。得到的五氧化二釩溶于異丙醇溶液后，將其旋涂到活性層后進行退火處理，退火后形成良好的薄膜，與有源層接觸良好，可以減少太陽能電池的串聯電阻。本發明中用旋涂成膜的方法得到空穴傳輸層薄膜，與傳統的真空熱蒸鍍法比較，操作更加簡單方便，并且能夠減少能源的消耗。

本發明所述的水溶性五氧化二釩的制備方法，其步驟與條件如下：

在室溫條件下，將0.3~0.4g五氧化二釩（北京化工廠）粉末與30~40mL去離子水混合，磁力攪拌5~10min，然后倒入5~8mL、質量分數30%的過氧化氫（北京化工廠）溶液，再持續攪拌30~40min，得到橙黃色的溶液；將得到的溶液倒入50mL反應釜中，放入烘箱中在180℃下反應70~80h；將得到的產物分別用無水乙醇（北京化工廠）和去離子水離心清洗多次，然后在真空烘箱中80~100℃下干燥10~12h，最后在空氣中400~500℃下退火1~2h得到淡黃色的水溶性的五氧化二釩；制得的五氧化二釩具有納米線狀結構，能很好地分散到異丙醇（北京化工廠）溶液中，溶液呈淡黃色。

本發明所述具有水溶性五氧化二釩空穴傳輸層的聚合物太陽能電池的制備方法，其步驟與條件如下：

1)將ITO導電玻璃（深圳南玻集團）放入燒杯中，分別用丙酮、無水乙醇、去離子水超聲清洗20~30min，清洗后用氮氣吹干，放入培養皿中；

2)室溫下將10~20mL的鈦酸四丁酯（北京益利化工廠）滴加到90~100mL的無水乙醇（北京化工廠）中，再滴加10~20mL的冰乙酸（北京化工廠），磁力攪拌30~40min，得到均勻透明的淡黃色溶液；然后加入10~20mL的乙酰丙酮（天津化學試劑廠），攪拌20~30min，再將10~20mL去離子水以2~4mL/min的速率緩慢滴加到上述溶液中，繼續攪拌1~2h，得到均勻透明的淡黃色溶膠，放置陳化6~8h，制得的TiO₂溶膠；將制得的TiO₂溶膠旋涂在步驟1）的ITO玻璃表面，旋涂速度為3000~5000rpm；然后將帶有TiO₂溶膠的ITO導電玻璃放入馬弗爐中，在450~600℃條件下焙燒2~3h，隨后關閉電源讓爐內自然降溫10～12h，即可在ITO上制得TiO₂電子傳輸層，電子傳輸層的厚度為30~50nm；