[發明專利]一種基于AZO/ZnO陰極的聚合物太陽能電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201410263435.5
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN104051625A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 陳大正;張春福;王之哲;呂玲;黨睿;郝躍;唐詩;衡婷
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及太陽能電池領域，尤其涉及的是一種基于AZO/ZnO陰極的聚合物太陽能電池及其制備方法。

背景技術

當今社會，經濟的迅猛發展帶來了諸如能源危機和全球變暖等嚴峻問題，可再生清潔能源的發展與利用已經受到全世界的廣泛關注。區別于煤、石油、天然氣等傳統能源，太陽能是一種綠色、清潔、可再生能源，取之不盡用之不竭，有潛力成為未來能源供給中的重要組成部分。太陽能電池作為一種光電轉換器件，其研究與應用已經受到越來越多的重視。與成本高昂的硅基太陽能電池相比，聚合物太陽能電池采用有機半導體材料作為光活性層，具有成本低廉、光吸收系數高、質地輕、柔韌性好、制造工藝簡單等特點。隨著近年來國內外相關研究的不斷深入，特別是采用反轉電池結構和施主/受主體異質結的光活性層結構后，聚合物太陽能電池的光電轉換效率和穩定性不斷提升。為了保證充分的光學吸收，太陽能電池必須采用透明電極，該電極需要兼顧透光性和導電性。目前，氧化銦錫(ITO)是太陽能電池中應用最廣的透明電極，但ITO也有自身的問題，如自然界中銦元素的儲量有限，銦元素本身具有毒性，近年來ITO的價格也穩步上升。對低成本的聚合物太陽能電池而言，為了實現其大規模商業化生產，除了提高其能量轉換效率，更低的成本和更好的環境友好性也是業界非常重視的。在眾多潛在的ITO替代品中，鋁摻雜氧化鋅(AZO)具有可與ITO相比擬的透光性和導電性，完全滿足透明電極的需求，而且Al、ZnO元素在自然界含量豐富，無毒性，同時AZO也易于大面積成膜。因此AZO是很有潛力的ITO替代電極，可用于制備更低成本和環境友好的反轉結構聚合物太陽能電池。

為了提高反轉結構聚合物太陽能電池的能量轉換效率，在電池結構中通常需要加入電極修飾層以實現界面的能級匹配和高效的電荷載流子傳輸。反轉結構電池中，太陽光從陰極一側入射進入光活性層，因此陰極修飾層的透光性和導電性對電池性能的影響不容忽視。在反轉結構聚合物太陽能電池中，常用的陰極修飾層有ZnO、TiO_x、Cs₂CO₃、Ca等等，由于具有高的電子遷移率和可見光區高的透射率，ZnO是一種很好的修飾層材料。ZnO薄膜可以用多種方法制備，如射頻磁控濺射、原子層淀積、脈沖激光淀積、化學氣相淀積和溶膠凝膠法等等，但這些工藝大多成本高昂或者需要高的溫度(200℃以上)，因此與大面積薄膜制備和柔性襯底不兼容。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供了一種基于AZO/ZnO陰極的聚合物太陽能電池及其制備方法。

本發明的技術方案如下：

一種基于AZO/ZnO陰極的聚合物太陽能電池的制備方法，其步驟如下：

(1)清洗襯底基片

將AZO玻璃基片依次置于去離子水、丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲清洗10-20min，清洗完成后用氮氣槍吹干；

(2)淀積ZnO電子傳輸層

在AZO上旋涂ZnO前驅體溶液，接著在烘箱中退火30-60min，溫度100-150℃；

(3)淀積P3HT:PCBM有機光活性層

在步驟(2)所得的電子傳輸層的基片上旋涂P3HT:PCBM混合液，在氮氣中陰干1小時以上，蒸發殘留的有機溶劑；

(4)前退火

將步驟(3)中所得基片在氮氣氣氛下，150℃退火10min；

(5)淀積MoO₃空穴傳輸層

將步驟(4)中經前退火的基片轉入真空蒸鍍室，在本底真空度小于5×10^-4Pa，溫度765-785℃的環境下熱蒸發MoO₃；

(6)淀積Ag金屬陽極

將步驟(5)中所得基片轉入金屬蒸鍍室中，在本底真空度小于5×10^-4Pa，電流50-60A的環境下熱蒸發Ag。

所述的ZnO前驅體溶液，其制備方法如下：將150mgZnO粉末，其顆粒尺寸小于5微米，溶于15ml濃度25％wt氨水中，經3-5min超聲振動后放入冰箱冷藏，溫度為0-10℃，時間為24h，得到濃度為0.125M的ZnO前驅體溶液；ZnO前驅體溶液旋涂轉速為2500-3500r/min，時間為40-60s；ZnO電子傳輸層厚度為10-15nm。

所述的P3HT:PCBM混合液，其制備方法為：將P3HT和PCBM分別溶于鄰二氯苯，得到濃度為20mg/mL的溶液，常溫攪拌4h后按體積比1:0.8混合，并攪拌3h以上。