[發明專利]一種聚合物太陽能電池

有效

• 申請號: 201310172619.6
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN103280528A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 謝志元;耿延候;鄧云峰;劉劍;吳江
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 張偉

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種聚合物太陽能電池。

背景技術

聚合物太陽能電池具有成本低、柔性好、質量輕以及可大面積加工等優點，成為近年來該領域的研究熱點。體異質結聚合物太陽能電池由于增加了電子給體和電子受體的接觸面積有效的提高了電池的能量轉化效率。傳統的體異質結聚合物太陽能電池一般采用正置三明治結構，即高功函數的銦錫氧化物（ITO）作為陽極，低功函數的金屬鋁（Al）作為陰極，由聚合物和富勒烯的共混物形成的光敏層夾在陽極和陰極之間。為了使陽極和陰極界面處形成歐姆接觸，提高空穴和電子的收集效率，同時減少漏電流，高功函數的聚（3，4-環二氧乙基噻吩）：聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT：PSS）通常被用作空穴傳輸層夾在ITO和光敏層中間，低功函數的鋇（Ba）或鈣（Ca）常被用作陰極界面層夾在活化層和陰極之間。然而這種傳統的正置太陽能電池結構的穩定性比較低，其主要限制因素有：作為陽極緩沖層的PEDOT:PSS具有酸性，腐蝕ITO陽極；作為陰極的Al以及陰極緩沖層的Ca或Ba具有較低的功函數容易被空氣中的水和氧氣氧化。

另外一方面，由于倒置結構太陽能電池由于避免使用PEDOT：PSS陽極緩沖層以及低功函數的Ca，Ba和Al陰極可以有效提高太陽能電池的穩定性。在這種倒置結構聚合物太陽能電池中，ITO作為陰極，低功函數的n型半導體材料用作陰極界面層夾在ITO與光敏層中間，高功函數的金屬銀（Ag）或金（Au）作為陽極。氧化鋅(ZnO)不僅具有高的電子遷移率，高的光學透明度，較低的最高電子空軌道，還有成本低，可溶液加工，好的環境穩定性等優點，是很有潛力的陰極界面層材料（Appl.Phys.Lett.89,143517,2006）。然而，ZnO薄膜電導率比較低，將ZnO作為陰極界面層，只有在ZnO厚度比較薄的時候才能夠得到比較好的電池性能。而在實際大規模卷對卷印刷成膜技術中，往往會形成比較厚的薄膜，所以使得以ZnO為陰極界面層的倒置聚合物太陽能電池性能較差，限制了其在實際中的運用。

發明內容

本發明為了解決已有技術存在的電子傳輸層材料電導率低導致聚合物太陽能電池能量轉換效率低的問題，提供了一種基于氧化鋅納米晶與共軛聚合物復合物的陰極界面層的，一種聚合物太陽能電池。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案具體如下：

一種聚合物太陽能電池，依次包括：陰極層、陰極界面層、光敏層、陽極界面層以及陽極層；所述陰極界面層為無機半導體納米晶-共軛聚合物復合材料層。

在上述技術方案中，所述陰極界面層具體為氧化鋅（ZnO）-磷酸酯聚芴（PFEP）復合材料層。

在上述技術方案中，所述陰極界面層中的氧化鋅（ZnO）與磷酸酯聚芴（PFEP）的質量比例為100:1-1:100。

在上述技術方案中，所述氧化鋅（ZnO）與磷酸酯聚芴（PFEP）的質量比例為6:1。

在上述技術方案中，所述陰極界面層厚度為1-500納米。

在上述技術方案中，所述陰極界面層的厚度為100納米。

本發明具有以下的有益效果：

本發明的聚合物太陽能電池，通過在陰極層和光敏層間引入氧化鋅（ZnO）-磷酸酯聚芴（PFEP）復合陰極界面層，通過控制界面層中ZnO與PFEP的質量比例（在100:1至1:100范圍內）可以有效的增加陰極界面層的電導率，減小了該陰極界面層的體電阻，減小了電子輸出電阻，進而提高了電池的短路電流﹑開路電壓﹑填充因子和能量轉換效率，有利于電子傳輸和收集，從而使得該陰極界面層在厚度較厚的條件下達到了較好的性能。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。

圖1為本發明中的磷酸酯聚芴（PEEP）的化學結構示意圖。

圖2為本發明中的聚[2,8-N-十二烷基二噻吩并[3,2-b;6,7-b]咔唑-alt-3,6-雙(噻吩-2-基)-2,5-二(2-辛基十二烷基)吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮]（P-tCzC12-DPP）的化學結構示意圖。

圖3為本發明中的聚[2,8-N-十二烷基二噻吩并[3,2-b;6,7-b]咔唑-alt-6,6′-N,N’-(2-辛基十二烷基)異靛藍]（P-tCzC12-IID）的化學結構示意圖。

圖4為一種倒置結構的本發明的聚合物太陽能電池的結構示意圖。

圖5為一種正置結構的本發明的聚合物太陽能電池的結構示意圖。