一種聚合物太陽能電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種聚合物太陽能電池及其制備方法，所述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(zhì)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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所述納米網(wǎng)孔徑為100nm～150nm。本發(fā)明由醋酸鹽與偶氮類物質(zhì)混合制備電子傳輸層，偶氮類物質(zhì)發(fā)生分解，使電子傳輸層形成納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加電子傳輸層與活性層間的接觸面積，同時醋酸鹽均勻析出為納米顆粒，從而提高電子傳輸效率及電池的光電轉(zhuǎn)換效率，制備方法簡單易行，適于工業(yè)應用。
【專利說明】一種聚合物太陽能電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能電池領(lǐng)域，特別是涉及一種聚合物太陽能電池及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]1982年，Weinberger等研究了聚乙炔的光伏性質(zhì)，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(zhuǎn)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(zhuǎn)換效率低的問題。直到1986年，C.ff.Tang等首次將P型半導體和η型半導體引入雙層結(jié)構(gòu)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(fā)展起來。
[0003]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(zhì)結(jié)或金屬半導體界面附近產(chǎn)生的光生伏打效應，該效應是光激發(fā)產(chǎn)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(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象，當光入射到光敏材料時，光敏材料被激發(fā)產(chǎn)生電子和空穴對，在太陽能電池內(nèi)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。
[0004]目前，聚合物太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率較低，為提高能量轉(zhuǎn)換效率，電池材料的改進及器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)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(zhuǎn)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lnm，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(zhuǎn)化效率低的原因之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明旨在提供一種聚合物太陽能電池及其制備方法。本發(fā)明的聚合物太陽能電池包含材質(zhì)為醋酸鹽的電子傳輸層，將醋酸鹽與偶氮類物質(zhì)的混合溶液旋涂后干燥，干燥中偶氮類物質(zhì)發(fā)生分解，得到具有納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)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η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(zhuǎn)換效率。
[0006]第一方面，本發(fā)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(zhì)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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所述納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔徑為IOOnm?150nm。
[0007]所述聚合物太陽能電池中，電子傳輸層的材質(zhì)為醋酸鹽，將醋酸鹽與偶氮類物質(zhì)的混合溶液旋涂后干燥，干燥時，偶氮類物質(zhì)發(fā)生分解，同時醋酸鹽析出，使得到的電子傳輸層具有納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)換效率。
[0008]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?20nmo
[0009]優(yōu)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(ΙΤ0)、摻氟氧化錫玻璃(FT0)、摻鋁的氧化鋅玻璃(AZO)或摻銦的氧化鋅玻璃(ΙΖ0)。陽極基底為市場上購買的，規(guī)格統(tǒng)一，陽極功能層厚度為80?250nm。
[0010]優(yōu)選地，所述空穴緩沖層的材質(zhì)是聚3，4- 二氧乙烯噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物。
[0011]優(yōu)選地，所述PEDOT =PSS的重量比為2:1?6:1。更優(yōu)選地，所述PEDOT =PSS的重量比為6:1。
[0012]優(yōu)選地，所述的活性層的材質(zhì)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。
[0013]優(yōu)選地，所述聚3-己基噻吩(P3HT):PCBM的重量比為1:0.5?1:3。更優(yōu)選地，所述聚3-己基噻吩(P3HT) =PCBM的重量比為1:0.8。
[0014]優(yōu)選地，所述活性層的厚度為8(T300nm。更優(yōu)選地，所述活性層的厚度為200nm。
[0015]優(yōu)選地，所述電子緩沖層的材質(zhì)為氟化鋰(LiF)、碳酸鋰(Li2CO3)或碳酸銫(Cs2CO3X更優(yōu)選地，所述電子緩沖層的材質(zhì)為Cs2C03。
[0016]優(yōu)選地，所述電子緩沖層的厚度為0.5?10nm。更優(yōu)選地，所述電子緩沖層的厚度為5nm。
[0017]優(yōu)選地，所述陰極為鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)或鉬(Pt)。更優(yōu)選地，所述陰極為鋁(Al)。
[0018]優(yōu)選地，所述陰極的厚度為8(T200nm。更優(yōu)選地，所述陰極厚度為150nm。
[0019]第二方面，本發(fā)明提供一種聚合物太陽能電池的制備方法，包括以下步驟:
[0020]取清洗干凈后的陽極基底，進行預處理后在陽極基底上旋涂制備空穴緩沖層；
[0021]在空穴緩沖層上旋涂制備活性層；
[0022]然后在活性層上制備電子傳輸層，具體操作為:將醋酸鹽加入水中溶解后得到醋酸鹽溶液，然后將偶氮類物質(zhì)與醋酸鹽溶液混合，得到混合溶液，在活性層上旋涂所述混合溶液，然后在100?200°C干燥10?70min，制備得到電子傳輸層；所述偶氮類物質(zhì)為偶氮二異丁脒鹽酸鹽(AIBA)、偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽(AIBI)或偶氮異丁氰基甲酰胺(V30)；所述醋酸鹽為醋酸鋅、醋酸鈣、醋酸鈉或醋酸鎂；所述電子傳輸層具有納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔徑為IOOnm?150nm ；
[0023]在電子傳輸層上依次蒸鍍制備電子緩沖層和陰極，得到聚合物太陽能電池。
[0024]所述電子傳輸層的材質(zhì)為醋酸鹽，以上制備過程中，混合溶液的溶質(zhì)為醋酸鹽和偶氮類物質(zhì)，偶氮類物質(zhì)的分解溫度低，在干燥過程中發(fā)生分解，同時醋酸鹽以結(jié)晶顆粒的形式析出，從而使干燥后得到的電子傳輸層形成納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，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，同時析出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，可提高活性層的吸光效率及電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0025]所述醋酸鹽為電子傳輸材料即金屬氧化物形成的鹽，電子傳輸層中醋酸鹽顆粒的粒徑為5nm?20nm。
[0026]優(yōu)選地，所述醋酸鹽溶液的質(zhì)量分數(shù)為9%?38%。
[0027]所述的偶氮類物質(zhì)為具有低分解溫度的水溶性偶氮類物質(zhì)，為偶氮二異丁脒鹽酸鹽(AIBA)、偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽(AIBI)或偶氮異丁氰基甲酰胺(V30)。優(yōu)選地，所述偶氮類物質(zhì)與醋酸鹽溶液的重量比為(0.01?0.3):1。
[0028]優(yōu)選地，所述旋涂混合溶液時的轉(zhuǎn)速為500?6000rpm，時間為5?60s。
[0029]優(yōu)選地，所述電子傳輸層的厚度為40?lOOnm。
[0030]優(yōu)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(IT0)、摻氟氧化錫玻璃(FT0)、摻鋁的氧化鋅玻璃(AZO)或摻銦的氧化鋅玻璃(IZ0)。陽極基底為市場上購買的，規(guī)格統(tǒng)一，陽極功能層厚度為80?250nm。
[0031]所述清洗是依次用洗潔精，去離子水，丙酮，乙醇，異丙醇各超聲15min，去除陽極基底表面的有機污染物。所述預處理包括進行氧等離子處理，處理時間為5?15min，功率為10?50W。
[0032]優(yōu)選地，所述空穴緩沖層的材質(zhì)是聚3，4- 二氧乙烯噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物。
[0033]優(yōu)選地，所述PEDOT =PSS的重量比為2:1?6:1。更優(yōu)選地，所述PEDOT =PSS的重量比為6:1。
[0034]所述旋涂制備空穴緩沖層操作具體為:將聚3，4- 二氧乙烯噻吩(PEDOT)和聚苯磺酸鹽(PSS)加入水中，得到聚3，4-二氧乙烯噻吩(PEDOT)和聚苯磺酸鹽(PSS)的水溶液，然后在陽極基底上旋涂所述水溶液，旋涂后在100?200°C下加熱15?60min，得到空穴緩沖層。
[0035]優(yōu)選地，所述水溶液中，聚3，4-二氧乙烯噻吩(PEDOT)的質(zhì)量分數(shù)為1%?5%。更優(yōu)選地，所述水溶液中，聚3，4- 二氧乙烯噻吩(PEDOT)的質(zhì)量分數(shù)為1.3%。
[0036]優(yōu)選地，所述旋涂時的轉(zhuǎn)速為2000?6000rpm，時間為10?30s。
[0037]更優(yōu)選地，所述旋涂后在200°C下加熱30min。
[0038]優(yōu)選地，所述空穴緩沖層的厚度為20?80nm。更優(yōu)選地，所述空穴緩沖層的厚度為 40nm。
[0039]優(yōu)選地，所述活性層的材質(zhì)為聚3-己基噻吩(P3HT)與PCBM的混合物。
[0040]優(yōu)選地，所述聚3-己基噻吩(P3HT):PCBM的重量比為1:0.5?1:3。更優(yōu)選地，所述聚3-己基噻吩(P3HT) =PCBM的重量比為1:0.8。
[0041]優(yōu)選地，所述活性層的厚度為8(T300nm。更優(yōu)選地，所述活性層的厚度為200nm。
[0042]優(yōu)選地，所述旋涂制備活性層的具體操作為:將聚3-己基噻吩(P3HT)與PCBM加入溶劑中溶解，得到聚3-己基噻吩(P3HT)與PCBM的溶液，于惰性氣氛中在空穴緩沖層上旋涂所述溶液，旋涂后在70?200°C下退火5?IOOmin，得到活性層。
[0043]優(yōu)選地，所述溶劑為甲苯、二甲苯、氯苯或氯仿。
[0044]優(yōu)選地，所述聚3-己基噻吩(P3HT)與PCBM的溶液的質(zhì)量濃度為8?24mg/ml。聚3-己基噻吩(P3HT)與PCBM的溶液的質(zhì)量濃度為聚3-己基噻吩(P3HT)與PCBM的質(zhì)量之和與溶劑的體積之比。更優(yōu)選地，所述聚3-己基噻吩(P3HT)與PCBM的溶液的質(zhì)量濃度為 12mg/ml。
[0045]優(yōu)選地，所述旋涂時的速率為4000?6000rpm，時間為10?30s。
[0046]優(yōu)選地，所述旋涂后在100°C下退火5min。
[0047]優(yōu)選地，所述電子緩沖層的材質(zhì)為氟化鋰(LiF)、碳酸鋰(Li2CO3)或碳酸銫(Cs2CO3X更優(yōu)選地，所述電子緩沖層的材質(zhì)為Cs2C03。
[0048]優(yōu)選地，所述電子緩沖層的厚度為0.5?10nm。更優(yōu)選地，所述電子緩沖層的厚度為5nm。
[0049]優(yōu)選地，所述蒸鍍制備電子緩沖層采用真空蒸鍍，真空度為5X10_3Pa?2X10_5Pa，蒸發(fā)速率為0.1?lnm/so
[0050]優(yōu)選地，所述陰極為鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)或鉬(Pt)。更優(yōu)選地，所述陰極為鋁(Al)。
[0051]優(yōu)選地，所述陰極的厚度為8(T200nm。更優(yōu)選地,所述陰極厚度為150nm。
[0052]優(yōu)選地，所述蒸鍍制備陰極采用真空蒸鍍，真空度為5X10_3Pa?2X10_5Pa，蒸發(fā)速率為I?10nm/s。
[0053]本發(fā)明在活性層與電子緩沖層之間制備電子傳輸層，將醋酸鹽與偶氮類物質(zhì)的混合溶液旋涂后干燥，干燥時，氮類物質(zhì)發(fā)生分解，同時醋酸鹽結(jié)晶顆粒析出，得到電子傳輸層。一方面，偶氮類物質(zhì)在干燥過程中發(fā)生分解反應，使電子傳輸層形成納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可增加電子傳輸層與活性層之間的有效接觸面積，從而提高電子傳輸效率。另一方面，醋酸鹽是η型材料，有利于電子的傳輸，傳統(tǒng)的聚合物太陽能電池不包含電子傳輸層，本發(fā)明增加材質(zhì)為醋酸鹽的電子傳輸層后，可提高電子的傳輸速率。再者，在干燥過程中，偶氮類物質(zhì)可有效阻止醋酸鹽顆粒的團聚，使電子傳輸層中的醋酸鹽顆粒分散均勻，有利于傳輸?shù)囊恢滦约皞鬏斔俾实奶岣?。而且，醋酸鹽顆粒粒徑較大，對光有強烈的反射作用，可提高活性層的吸光效率，從而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0054]本發(fā)明提供一種聚合物太陽能電池及其制備方法，有如下有益效果:
[0055](I)本發(fā)明將醋酸鹽與偶氮類物質(zhì)的混合溶液旋涂后干燥，得到電子傳輸層，偶氮類物質(zhì)在干燥過程中發(fā)生分解反應，使電子傳輸層形成納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可增加電子傳輸層與活性層之間的有效接觸面積，提聞電子傳輸效率，從而提聞光電轉(zhuǎn)換效率；
[0056](2 )本發(fā)明聚合物太陽能電池中的電子傳輸層的材質(zhì)為醋酸鹽，醋酸鹽為η型材料，電子傳輸效率高，而其顆粒粒徑較大且分散均勻，對穿過活性層的太陽光具有散射和反射作用，可提高活性層的吸光效率及電池的光電轉(zhuǎn)換效率；
[0057]( 3 )本發(fā)明的聚合物太陽能電池具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率，制備方法簡單易行，適于工業(yè)應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0058]圖1為本發(fā)明的聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)圖，包括依次層疊的陽極基底1、空穴緩沖層2、活性層3、電子傳輸層4、電子緩沖層5和陰極6。
[0059]圖2為效果實施例中實施例一制備的聚合物太陽能電池及常見聚合物太陽能電 池的電流密度-電壓曲線，分別對應曲線I和曲線2。
【具體實施方式】
[0060]以下所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。
[0061]實施例一
[0062]一種聚合物太陽能電池，制備方法包括以下步驟:
[0063](I)先將ITO玻璃(ΙΤ0功能層的厚度為180nm)進行光刻處理，按尺寸2 X 2cm剪裁，光照面積為0.3X0.3cm2,依次用洗潔精,去離子水,丙酮，乙醇,異丙醇各超聲15min,去除玻璃表面的有機污染物；清洗干凈后對ITO玻璃進行氧等離子處理，處理時間為lOmin，功率為20W ；
[0064]將PEDOT與PSS按重量比為6:1加入水中溶解，配置PEDOT的質(zhì)量分數(shù)為1.3%的PEDOT與PSS的水溶液，然后在ITO玻璃上以4000rpm的速率旋涂所得溶液，旋涂時間為15s，在200°C下加熱30min，制備得到空穴緩沖層，厚度為40nm ；
[0065](2)將重量比為1:0.8的P3HT與PCBM溶解于氯苯，配置質(zhì)量濃度為12mg/ml的P3HT與PCBM的溶液，于充滿惰性氣體的手套箱中，在空穴緩沖層上以5500rpm的速率旋涂所得溶液，旋涂時間為20s，旋涂后在100°C下退火5min，制備得到活性層，厚度為200nm ；
[0066](3)將20g醋酸鋅(Zn(Ac)2)加入IOOg水中溶液，配置質(zhì)量分數(shù)為16.67%的醋酸鋅溶液，將AIBA與醋酸鋅溶液按照重量比0.2:1混合，得到混合溶液，然后在活性層上以4000rpm的速率旋涂所述混合溶液，時間為15s，旋涂后在100°C干燥30min，制備得到電子傳輸層，厚度為60nm ；
[0067](4)最后采用高真空鍍膜設備(沈陽科學儀器研制中心有限公司，壓強〈I X 10_3Pa)真空蒸鍍Cs2CO3，得到電子緩沖層，蒸鍍壓力為5 X 10_4Pa，蒸鍍速率為0.2nm/s，厚度為5nm ；然后真空蒸鍍Al，得到陰極，蒸鍍壓力為5X10_4Pa，蒸鍍速率為2nm/s，厚度為150nm，得到聚合物太陽能電池。
[0068]其中，制備得到電子傳輸層后，用型號為CX-200TM的掃描電子顯微鏡設備觀察該層的三維顯微組織形貌，可以觀察到電子傳輸層具有納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔徑為IOOnm?120nm,電子傳輸層中醋酸鋅顆粒的粒徑為5nm?20nm,且分布較均勻。即當不采用加入偶氮類物質(zhì)并使其分解的方法時，所得的電子傳輸層為醋酸鋅緊密堆積的平面層狀結(jié)構(gòu)，而本發(fā)明通過加入偶氮類物質(zhì)并使其分解的方法，使電子傳輸層呈現(xiàn)三維立體籠狀納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可增加電子傳輸層與活性層之間的接觸面積，且醋酸鋅析出為粒徑較為均勻的顆粒。
[0069]本實施例制備的聚合物太陽能電池，包括依次層疊的陽極基底1、空穴緩沖層2、活性層3、電子傳輸層4、電子緩沖層5和陰極6，結(jié)構(gòu)具體為:ITO/(PEDOT:PSS)/(P3HT:PCBM)/Zn(Ac)2/Cs2C03/A1，如圖1 所示。
[0070]制備用于對比的常見聚合物太陽能電池，結(jié)構(gòu)可簡要表示為:ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/LiF/Al，依次對應陽極基底、空穴緩沖層、活性層、電子緩沖層和陰極，與實施例1的聚合物太陽能電池比較，只少了電子傳輸層，其他各層的組成、厚度及制備方法均一致，為常見結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池，簡稱對比電池。
[0071]實施例二
[0072]一種聚合物太陽能電池，制備方法包括以下步驟:
[0073](1)先將IZO玻璃(IZO功能層的厚度為250nm)進行光刻處理，按尺寸2 X 2cm剪裁，光照面積為0.3X0.3cm2,依次用洗潔精,去離子水,丙酮，乙醇,異丙醇各超聲15min,去除玻璃表面的有機污染物；清洗干凈后對IZO玻璃進行氧等離子處理，處理時間為15min，功率為1OW ；
[0074]將PEDOT與PSS按重量比為2:1加入水中溶解，配置PEDOT的質(zhì)量分數(shù)為5%的PEDOT與PSS的水溶液，然后在IZO玻璃上以2000rpm的速率旋涂所得溶液，旋涂時間為10s，在200°C下加熱15min，制備得到空穴緩沖層，厚度為80nm ；
[0075](2)將重量比為1:0.5的P3HT與PCBM溶解于氯仿，配置質(zhì)量濃度為24mg/ml的P3HT與PCBM的溶液，于充滿惰性氣體的手套箱中，在空穴緩沖層上以6000rpm的速率旋涂所得溶液，旋涂時間為10s，旋涂后在100°C下退火20min，制備得到活性層，厚度為160nm ；
[0076](3)將60g醋酸鈉(NaAc)加入100g水中溶解，配置質(zhì)量分數(shù)為37.5%的醋酸鈉溶液，將AIBI與醋酸鈉溶液按照0.3:1的重量比混合，得到混合溶液，然后在活性層上以500rpm的速率旋涂所述混合溶液，時間為60s，旋涂后在200°C干燥70min，制備得到電子傳輸層，厚度為40nm ；
[0077](4)最后采用高真空鍍膜設備(沈陽科學儀器研制中心有限公司，壓強〈I X 10_3Pa)真空蒸鍍LiF，得到電子緩沖層，蒸鍍壓力為5 X 10?,蒸鍍速率為0.lnm/s,厚度為0.5nm ；然后真空蒸鍍Ag，得到陰極，蒸鍍壓力為2X10_5Pa，蒸鍍速率為lOnm/s，厚度為80nm，得到聚合物太陽能電池。
[0078]其中，制備得到電子傳輸層后，用型號為CX-200TM的掃描電子顯微鏡設備觀察該層的三維顯微組織形貌，可以觀察到電子傳輸層具有納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔徑為120nm~130nm，電子傳輸層中醋酸鋅顆粒的粒徑為5nm~20nm，且分布較均勻。
[0079]本實施例制備的聚合物太陽能電池，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，結(jié)構(gòu)具體為:IZO/ (PEDOT: PSS) / (P3HT: PCBM) /NaAc/LiF/Ag0
[0080]實施例三
[0081]一種聚合物太陽能電池，制備方法包括以下步驟:
[0082](I)先將FTO玻璃(FT0功能層的厚度為80nm)進行光刻處理，按尺寸2X2cm剪裁，光照面積為0.3X0.3cm2,依次用洗潔精,去離子水,丙酮，乙醇,異丙醇各超聲15min,去除玻璃表面的有機污染物；清洗干凈后對FTO玻璃進行氧等離子處理，處理時間為5min，功率為50W ；
[0083]將PEDOT與PSS按重量比為5:1加入水中溶解，配置PEDOT的質(zhì)量分數(shù)為1%的PEDOT與PSS的水溶液，然后在FTO玻璃上以6000rpm的速率旋涂所得溶液，旋涂時間為30s，在100°C下加熱60min，制備得到空穴緩沖層，厚度為20nm ;
[0084](2)將重量比為1:3的P3HT與PCBM溶解于二甲苯，配置質(zhì)量濃度為16mg/ml的P3HT與PCBM的溶液，于充滿惰性氣體的手套箱中，在空穴緩沖層上以4000rpm的速率旋涂所得溶液，旋涂時間為30s，旋涂后在200°C下退火lOOmin，制備得到活性層，厚度為SOnm ；[0085](3)將IOg醋酸鈣(Ca(Ac)2)加入IOOg水中溶解，配置質(zhì)量分數(shù)為9.09%的醋酸鈣溶液，將V30與醋酸鈣溶液按照0.01:1的重量比混合，得到混合溶液，然后在活性層上以6000rpm的速率旋涂所述混合溶液，時間為5s，旋涂后在100°C干燥lOmin，制備得到電子傳輸層，厚度為IOOnm ；
[0086](4)最后采用高真空鍍膜設備(沈陽科學儀器研制中心有限公司，壓強〈I X 10_3Pa)真空蒸鍍Cs2CO3，得到電子緩沖層，蒸鍍壓力為2X10_5Pa，蒸鍍速率為lnm/s，厚度為IOnm ；然后真空蒸鍍Au，得到陰極，蒸鍍壓力為2X10_5Pa，蒸鍍速率為lnm/s，厚度為180nm，得到聚合物太陽能電池。
[0087]其中，制備得到電子傳輸層后，用型號為CX-200TM的掃描電子顯微鏡設備觀察該層的三維顯微組織形貌，可以觀察到電子傳輸層具有納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔徑為125nm?140nm,電子傳輸層中醋酸鋅顆粒的粒徑為5nm?20nm,且分布較均勻。
[0088]本實施例制備的聚合物太陽能電池，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，結(jié)構(gòu)具體為:FT0/ (PEDOT:PSS) / (P3HT: PCBM) /Ca (Ac)2/Cs2C03/Au。
[0089]實施例四
[0090]一種聚合物太陽能電池，制備方法包括以下步驟:
[0091](I)先將ITO玻璃(ITO功能層的厚度為IOOnm)進行光刻處理，按尺寸2 X 2cm剪裁，光照面積為0.3X0.3cm2,依次用洗潔精,去離子水,丙酮，乙醇,異丙醇各超聲15min,去除玻璃表面的有機污染物；清洗干凈后對ITO玻璃進行氧等離子處理，處理時間為lOmin，功率為30W ；
[0092]將PEDOT與PSS按重量比為3:1加入水中溶解，配置PEDOT的質(zhì)量分數(shù)為2%的PEDOT與PSS的水溶液，然后在ITO玻璃上以3000rpm的速率旋涂所得溶液，旋涂時間為12s，在150°C下加熱40min，制備得到空穴緩沖層，厚度為70nm ;
[0093](2)將重量比為1:1的P3HT與PCBM溶解于甲苯，配置質(zhì)量濃度為8mg/ml的P3HT與PCBM的溶液，于充滿惰性氣體的手套箱中，在空穴緩沖層上以4000rpm的速率旋涂所得溶液，旋涂時間為15s，旋涂后在70°C下退火lOOmin，制備得到活性層，厚度為300nm ；
[0094](3)將45g醋酸鎂(Mg(Ac)2)加入IOOg水中溶解，配置質(zhì)量分數(shù)為31.03%的醋酸鎂溶液，將AIBA與醋酸鎂溶液按照0.2:1的重量比混合，得到混合溶液，然后在活性層上以3000rpm的速率旋涂所述混合溶液，時間為15s，旋涂后在200°C干燥30min，制備得到電子傳輸層，厚度為50nm ；
[0095](4)最后采用高真空鍍膜設備(沈陽科學儀器研制中心有限公司，壓強〈I X 10_3Pa)真空蒸鍍Cs2CO3,得到電子緩沖層，蒸鍍壓力為9X 10_5Pa，蒸鍍速率為0.5nm/s,厚度為
1.5nm ;然后真空蒸鍍Pt，得到陰極，蒸鍍壓力為9X 10_5Pa，蒸鍍速率為5nm/s，厚度為200nm,得到聚合物太陽能電池。
[0096]其中，制備得到電子傳輸層后，用型號為CX-200TM的掃描電子顯微鏡設備觀察該層的三維顯微組織形貌，可以觀察到電子傳輸層具有納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔徑為120nm?150nm,電子傳輸層中醋酸鋅顆粒的粒徑為5nm?20nm,且分布較均勻。
[0097]本實施例制備的聚合物太陽能電池，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，結(jié)構(gòu)具體為:ITO/ (PEDOT: PSS) / (P3HT: PCBM) /Mg (Ac)2/Cs2C03/Pt。
[0098]效果實施例
[0099]采用電流-電壓測試儀(美國Keithly公司，型號:2602)及500W氙燈(Osram)與AMl.5的濾光片組合作為模擬太陽光的白光光源，測試本發(fā)明實施例一~四制備的聚合物太陽能電池及對比電池的電流密度與電壓關(guān)系。實施例一制備的聚合物太陽能電池及對比電池的電流密度-電壓曲線見圖2，分別對應曲線I和曲線2。由各實施例制備的聚合物太陽能電池及對比電池的電流密度與電壓關(guān)系曲線，得到短路電流、開路電壓、能量轉(zhuǎn)換效率和填充因子等性能數(shù)據(jù)均列于表1。
[0100]表1本發(fā)明的聚合物太陽能電池及對比電池的性能數(shù)據(jù)
[0101]
【權(quán)利要求】
1.一種聚合物太陽能電池，其特征在于，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(zhì)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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所述納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔徑為 IOOnm ?150nm。
2.如權(quán)利要求1所述的聚合物太陽能電池，其特征在于，電子傳輸層中醋酸鹽的粒徑為 5nm ?20nm。
3.如權(quán)利要求1所述的聚合物太陽能電池，其特征在于，所述電子傳輸層的厚度為40 ?lOOnm。
4.如權(quán)利要求1所述的聚合物太陽能電池，其特征在于，所述的活性層的材質(zhì)為聚3-己基噻吩與(6，6)-苯基-C61- 丁酸甲酯的混合物。
5.一種聚合物太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 取清洗干凈后的陽極基底，進行預處理后在陽極基底上旋涂制備空穴緩沖層； 在空穴緩沖層上旋涂制備活性層； 然后在活性層上制備電子傳輸層，具體操作為:將醋酸鹽加入水中溶解后得到醋酸鹽溶液，然后將偶氮類物質(zhì)與醋酸鹽溶液混合，得到混合溶液，在活性層上旋涂所述混合溶液，然后在100?200°C干燥10?30min，制備得到電子傳輸層，所述偶氮類物質(zhì)為偶氮二異丁脒鹽酸鹽、偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽或偶氮異丁氰基甲酰胺；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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所述納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔徑為IOOnm ?150nm ； 在電子傳輸層上依次蒸鍍制備電子緩沖層和陰極，得到聚合物太陽能電池。
6.如權(quán)利要求5所述的聚合物太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述電子傳輸層中醋酸鹽的粒徑為5nm?20nm。
7.如權(quán)利要求5所述的聚合物太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述醋酸鹽溶液的質(zhì)量分數(shù)為9%?38%,所述偶氮類物質(zhì)與醋酸鹽溶液的重量比為(0.01?0.3):1。
8.如權(quán)利要求5所述的聚合物太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述旋涂所述混合溶液時的轉(zhuǎn)速為500?6000rpm,時間為5?60s。
9.如權(quán)利要求5所述的聚合物太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述旋涂制備活性層的具體操作為:將聚3-己基噻吩與(6，6)-苯基-C61- 丁酸甲酯加入溶劑中溶解，得到聚3-己基噻吩與(6，6)-苯基-C61- 丁酸甲酯的溶液，于惰性氣氛中在空穴緩沖層上旋涂所述溶液，旋涂后在70?200°C下退火5?lOOmin，得到活性層，所述聚3-己基噻吩:(6，6)-苯基-C61- 丁酸甲酯的重量比為1:0.5?1: 3，所述聚3-己基噻吩與(6，6)-苯基-C61- 丁酸甲酯的溶液的質(zhì)量濃度為10?24mg/ml。
10.如權(quán)利要求9所述的聚合物太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述旋涂時的速率為4000?6000rpm，時間為10?30s。
【文檔編號】H01L51/46GK103928613SQ201310016144
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月16日
【發(fā)明者】周明杰, 王平, 黃輝, 陳吉星 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司