[發明專利]一種聚合物太陽電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201410268150.0
• 申請日: 2014-06-17
• 公開（公告）號: CN104009160B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 譚占鰲;屠逍鶴;孫剛;侯旭亮
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明屬于光伏材料與器件制備領域，特別涉及一種聚合物太陽電池及其制備方法。

背景技術

目前人類利用太陽能的方式主要可以分為兩大類，即太陽能熱利用和太陽能光電利用。太陽電池的工作原理是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能。聚合物太陽電池因具有成本低、制作工藝簡單、可制備成大面積柔性器件等優點而受關注。有機材料種類繁多、可設計性強，可通過對材料的設計和對器件結構的優化來提高太陽電池的性能。

在聚合物太陽電池中陽極的功函數不能與大多數共軛聚合物光伏材料的最高占據分子軌道能級相匹配，因此需要在陽極與活性層之間添加一層用于提高陽極功函數的陽極修飾層。此前常用PEDOT：PSS做為陽極修飾層，但它有吸濕性較強、形貌重復性差、腐蝕陽極等缺點。

對于活性層和金屬陰極之間的修飾界面，即陰極修飾層的作用是：加強活性層和電極之間的能級匹配，優化活性層和電極之間的界面，提高陰極收集和提取電子的效率。陰極修飾層需要較低的功函，常用的是低功函金屬，如Ca,Mg等，這類材料對水、氧敏感，使器件性能不穩定。目前比較普遍的陰極修飾層如金屬氟化物LiF，受制于本身的電絕緣性，膜的厚度要求較薄，不足以在蒸鍍電極或者在空氣中較好地保護活性層。

本專利選用一種材料經過不同的方法處理，可分別作為陽極修飾層和陰極修飾層，該材料為水合草酸鈮。水合草酸鈮為白色結晶性粉末，易溶于水，同時易溶于甲醇、乙醇、異丙醇和異辛醇等有機溶劑。其水溶液為無色液體。分子式為C₁₀H₅NbO₂₀·xH₂O，分子量為538.04，其結構如圖2所示。

發明內容

針對常被用作陽極修飾層的材料存在腐蝕電極，常被用作陰極修飾層的材料對水、氧敏感等問題，本發明提供了一種聚合物太陽電池及其制備方法。本發明的突破在于尋找一種新型材料，通過不同手段處理之后既可以作為高功函的陽極修飾材料修飾陽極，又可作為低功函的陰極修飾材料修飾陰極。

一種聚合物太陽電池，所述聚合物太陽電池由共軛聚合物給體和富勒烯衍生物受體的共混活性層夾在透明導電金屬氧化物陽極層和低功函陰極層之間所組成；所述聚合物太陽電池中，襯底、透明導電金屬氧化物陽極層、陽極修飾層、光電活性層、陰極修飾層和低功函陰極層順次相連。聚合物太陽電池以金屬導線與負載或測試裝置連接，入射光從襯底方向射入。

所述陽極修飾層為經UVO處理的水合草酸鈮薄膜，所述陽極修飾層的厚度為

所述陰極修飾層為未經任何處理的水合草酸鈮薄膜，所述陰極修飾層的厚度為

一種聚合物太陽電池的制備方法，其具體步驟如下：

a.清洗聚合物太陽能電池的透明導電金屬氧化物陽極層，并通過UVO對其進行表面處理；

b.在透明導電金屬氧化物陽極層上勻速旋涂水合草酸鈮溶液直至甩干，經熱退火和UVO處理后得到陽極修飾層；

c.在陽極修飾層上制備光電活性層，在光電活性層上旋涂水合草酸鈮溶液得到陰極修飾層，再在陰極修飾層之上制備低功函陰極層，即得到所述聚合物太陽能電池。

所述水合草酸鈮溶液的溶劑為超純水、甲醇、乙醇和異丙醇中的一種或多種。

在制備過程中主要利用水合草酸鈮溶液的濃度以及旋涂的轉速來控制水合草酸鈮薄膜的厚度，所述水合草酸鈮溶液的濃度為0.1mg/mL～5mg/mL，旋涂轉速為1000rpm～6000rpm。

所述熱退火的溫度為20℃～250℃，熱退火時間為1分鐘～48小時。

所述陽極修飾層進行UVO的時間為2～30分鐘。

本發明的有益效果為：

本發明在聚合物太陽電池中引入經UVO處理的水合草酸鈮作為陽極修飾材料，提高了ITO的功函數，實現了空穴的高效收集；與現有的PEDOT：PSS相比，本發明還具有修飾層不腐蝕陽極、光電轉換效率高、工藝簡單，成本低廉，實驗重復性好、適合于大規模工業化生產等特點。

本發明在聚合物太陽電池中引入未經任何處理的水合草酸鈮作為陰極修飾材料，具有良好的化學和空氣穩定性，保護活性層；提高陰極收集和提取電子的效率。

附圖說明

圖1為聚合物太陽電池結構示意圖；

圖中標號：1-低功函陰極層；2-陰極修飾層；3-光電活性層；4-陽極修飾層；5-透明導電金屬氧化物陽極層；6-襯底；7-金屬導線；8-負載或測試裝置；9-入射光；

圖2為水合草酸鈮結構式；