[發明專利]一種聚合物太陽能電池及其制備方法

無效

• 申請號: 201310016144.1
• 申請日: 2013-01-16
• 公開（公告）號: CN103928613A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 周明杰;王平;黃輝;陳吉星
• 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;深圳市海洋王照明工程有限公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

技術領域

本發明涉及太陽能電池領域，特別是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，但是其光電轉換效率極低（10^-3%）。緊接著，Glenis等制作了各種聚噻吩的太陽能電池，也面臨電池的開路電壓極低和光電轉換效率低的問題。直到1986年，C.W.Tang等首次將p型半導體和n型半導體引入雙層結構的器件中，使光電流得到極大程度的提高，以此為里程碑，有機聚合物太陽能電池蓬勃發展起來。

聚合物太陽能電池的基本原理是利用光入射到半導體的異質結或金屬半導體界面附近產生的光生伏打效應，該效應是光激發產生的電子空穴對即激子被各種因素引起的靜電勢能分離產生電動勢的現象，當光入射到光敏材料時，光敏材料被激發產生電子和空穴對，在太陽能電池內建電場的作用下分離和傳輸，然后被各自的電極收集，電子向陰極移動，空穴向陽極移動，形成電流。

目前，聚合物太陽能電池的轉換效率較低，為提高能量轉換效率，電池材料的改進及器件結構的優化是兩個主要途徑，包括在電極和有機層之間增加緩沖層，可以降低光生激子在有機層與電極界面處的淬滅率，使光生激子充分分離為電子和空穴，并提高各自的傳輸速率，從而提高電荷在電極處的收集效率，使聚合物太陽能電池的光電轉換效率得到改善。其中，電子緩沖層一般采用蒸鍍的方法制備，厚度較薄，通常小于1nm，而蒸鍍速率以微秒計算，工藝上若控制過度，使厚度過大，會導致電子緩沖層的阻抗增加，電子傳輸受阻，而工藝上若控制不夠，厚度過薄，則幾乎無法形成薄膜，電子緩沖層存在大面積的電子缺陷，起不到阻擋作用，電子傳輸效率也會降低，即電子緩沖層的制備工藝控制難度大，是造成器件的轉化效率低的原因之一。

發明內容

為解決上述問題，本發明旨在提供一種聚合物太陽能電池及其制備方法。本發明的聚合物太陽能電池包含材質為醋酸鹽的電子傳輸層，將醋酸鹽與偶氮類物質的混合溶液旋涂后干燥，干燥中偶氮類物質發生分解，得到具有納米網狀結構的電子傳輸層，該電子傳輸層與活性層之間的有效接觸面積增加，可提高電子傳輸效率，同時醋酸鹽為n型材料，電子傳輸效率高，而其納米顆粒粒徑較大，對光有反射作用，可提高活性層的吸光效率及電池的光電轉換效率。

第一方面，本發明提供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、電子傳輸層、電子緩沖層和陰極，所述電子傳輸層的材質為醋酸鹽，所述醋酸鹽為醋酸鋅、醋酸鈣、醋酸鈉或醋酸鎂，所述電子傳輸層為納米網狀結構，所述納米網狀結構的孔徑為100nm～150nm。

所述聚合物太陽能電池中，電子傳輸層的材質為醋酸鹽，將醋酸鹽與偶氮類物質的混合溶液旋涂后干燥，干燥時，偶氮類物質發生分解，同時醋酸鹽析出，使得到的電子傳輸層具有納米網狀結構，可增加電子傳輸層與活性層之間的有效接觸面積，提高電子傳輸效率，同時電子傳輸層中的醋酸鹽為分散均勻的納米顆粒，粒徑較大，對光有反射作用，從而提高活性層的吸光效率及電池的光電轉換效率。

所述醋酸鹽為電子傳輸材料即金屬氧化物形成的鹽，所述醋酸鹽的粒徑為5nm～20nm。

優選地，所述陽極基底為帶有陽極功能層的玻璃，為銦錫氧化物玻璃（ITO）、摻氟氧化錫玻璃（FTO）、摻鋁的氧化鋅玻璃（AZO）或摻銦的氧化鋅玻璃（IZO）。陽極基底為市場上購買的，規格統一，陽極功能層厚度為80～250nm。

優選地，所述空穴緩沖層的材質是聚3,4-二氧乙烯噻吩（PEDOT）和聚苯乙烯磺酸（PSS）的混合物。

優選地，所述PEDOT：PSS的重量比為2:1~6:1。更優選地，所述PEDOT：PSS的重量比為6:1。

優選地，所述的活性層的材質為聚3-己基噻吩（P3HT）與PCBM的混合物。P3HT為聚3-己基噻吩，是常用的空穴傳輸材料，PCBM為（6,6）-苯基-C61-丁酸甲酯，分子式為C₇₂H₁₄O₂，為C60的衍生物，是常用的電子傳輸材料。

優選地，所述聚3-己基噻吩（P3HT）：PCBM的重量比為1:0.5~1:3。更優選地，所述聚3-己基噻吩（P3HT）：PCBM的重量比為1:0.8。

優選地，所述活性層的厚度為80~300nm。更優選地，所述活性層的厚度為200nm。