一種倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池，包括依次層疊的玻璃襯底、陰極、活性層、空穴緩沖層和陽極；所述空穴緩沖層的材質(zhì)包括酞菁類小分子、聚3,4-二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸鹽。本發(fā)明還公開了該倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的制備方法。本發(fā)明采用倒置結(jié)構(gòu)，并以聚3,4-二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸鹽與酞菁類小分子形成的混合材料作為空穴緩沖層，利用其散射與反射作用使透過活性層的太陽光反射回活性層中，再度被利用，進(jìn)而提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】一種倒置結(jié)構(gòu)的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，尤其涉及一種具有倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚合物太陽能電池是繼無機半導(dǎo)體太陽能電池之后光伏發(fā)電領(lǐng)域的另一新發(fā)現(xiàn)。與傳統(tǒng)的無機硅太陽能電池相比，聚合物太陽能電池柔韌性好，可卷曲折疊，而且制作工藝簡單，原料易得，成本低，制備過程中也不會產(chǎn)生有毒物質(zhì)，因而近年來受到了廣泛的關(guān)注。
[0003]現(xiàn)有聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)一般為:玻璃襯底/陽極/空穴緩沖層/活性層/電子緩沖層/陰極，當(dāng)光線從底部射入后，穿過玻璃襯底、陽極與空穴緩沖層，到達(dá)活性層后，被活性層上的光敏物質(zhì)吸收利用，產(chǎn)生電子-空穴對，電子與空穴分離后，電子通過電子緩沖層進(jìn)入陰極，而空穴則通過空穴緩沖層進(jìn)入陽極，陽極與陰極接通后即產(chǎn)生電流。目前聚合物有機太陽能電池一般結(jié)構(gòu)為玻璃襯底/IT0/PED0T:PSS/P3HT:PCBM/LiF/Al，由于PSS酸會對ITO表面產(chǎn)生腐蝕作用，造成了表面缺陷增多，電池的串聯(lián)電阻增加，導(dǎo)致聚合物太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率低下，因而近年來又出現(xiàn)了倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池，其結(jié)構(gòu)為玻璃襯底/陰極/電子緩沖層/活性層/空穴緩沖層/陽極，因此避免了 PSS酸對ITO表面的腐蝕，保證了聚合物太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。
[0004]太陽能電池對太陽光的利用是影響能量轉(zhuǎn)換效率的一個重要的因素，其中活性層是太陽能電池中吸收利用太陽光的主要結(jié)構(gòu)，但是由于目前的倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池大多以聚3-己基噻吩和[6，6]-苯基-C61- 丁酸甲酯復(fù)合材料(表示為P3HT/PCBM)作為活性層的材質(zhì)，其對太陽光的利用能力不高，導(dǎo)致目前市面上的倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率相對較小。因此非常有必要改善倒置結(jié)構(gòu)的太陽能電池的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高其轉(zhuǎn)換效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于對現(xiàn)有倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池進(jìn)行改進(jìn)，提供一種倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池，該倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池以聚3，4-二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸鹽與酞菁類小分子形成的混合材料作為空穴緩沖層，利用該空穴緩沖層的散射與反射作用使透過活性層的太陽光反射回活性層中，再度被利用，進(jìn)而提高倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明還提供了該倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的制備方法。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0007]第一方面，本發(fā)明提供一種倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池，包括依次層疊的玻璃襯底、陰極、活性層、空穴緩沖層和陽極；所述空穴緩沖層的材質(zhì)包括酞菁類小分子、聚3，4- 二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸鹽。
[0008]優(yōu)選地，所述玻璃襯底為市售普通玻璃。[0009]優(yōu)選地，所述陰極為氧化鋅。氧化鋅顆粒較大，有利于光的散射；另外，氧化鋅也有一定的注入作用，可同時作為電子注入層，因此以氧化鋅作為陰極，可以省去電子注入層。
[0010]優(yōu)選地，所述陰極的厚度為20-100nm。
[0011]優(yōu)選地，所述活性層的材質(zhì)為聚3-己基噻吩與[6，6]-苯基461-丁酸甲酯形成的復(fù)合材料(表示為P3HT/PCBM)。
[0012]優(yōu)選地，所述活性層的材質(zhì)中所述聚3-己基噻吩和所述[6，6]-苯基-C61- 丁酸甲酯的質(zhì)量比為1:0.8-4。更優(yōu)選地，所述活性層的材質(zhì)中所述聚3-己基噻吩和所述[6，6]-苯基-C61- 丁酸甲酯的質(zhì)量比為1:0.8。
[0013]優(yōu)選地，所述活性層的厚度為80-300nm。更優(yōu)選地，所述活性層的厚度為200nm。
[0014]優(yōu)選地，所述陽極為鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)或鉬(Pt)。更優(yōu)選地，所述陽極為鋁(Al)。
[0015]優(yōu)選地,所述陽極的厚度為80-200nm。更優(yōu)選地,所述陽極的厚度為150nm。
[0016]優(yōu)選地，所述酞菁類小分子為酞菁銅、酞菁鋅、酞菁釩或酞菁鎂。
[0017]優(yōu)選地，所述空穴緩沖層的厚度為20_100nm。
[0018]本發(fā)明以聚3，4- 二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸鹽與酞菁類小分子形成的混合材料作為空穴緩沖層，一方面，聚3，4- 二氧乙烯噻吩的折射率約為1.5，而活性層的折射率為
1.7,當(dāng)沒有被活性層吸收的光穿過活性層而到達(dá)空穴緩沖層的時候，由于折射率的差異，會發(fā)生全反射，使光線再次回到活性層被活性材料吸收利用；另一方面，酞菁類小分子比較容易結(jié)晶形成晶體結(jié)構(gòu)，而晶體結(jié)構(gòu)對光有一定的散射與反射作用，使到達(dá)空穴緩沖層的太陽光回到活性層，再度被活性層吸收利用，從而改善了聚合物結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0019]此外，本發(fā)明以氧化鋅作為陰極，一方面，氧化鋅顆粒較大，有利于光的散射，進(jìn)一步集中了光強；另一方面，氧化鋅也有一定的注入作用，可同時作為電子注入層，因此本發(fā)明所述的倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池，無需電子注入層，結(jié)構(gòu)更加簡單。
[0020]第二方面，本發(fā)明提供了一種倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的制備方法，包括以下步驟:
[0021]提供清潔的玻璃襯底，在經(jīng)處理的玻璃襯底上依次旋涂陰極與活性層；
[0022]在所述活性層上旋涂空穴緩沖層，所述空穴緩沖層的材質(zhì)包括酞菁類小分子、聚3，4-二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸鹽，所述空穴緩沖層的具體制備方法為:將聚3，4-二氧乙烯噻吩與聚苯乙烯磺酸鹽加入氯苯溶液中得到聚3，4- 二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸的氯苯溶液，將酞菁類小分子加入到聚3，4_ 二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸的氯苯溶液中混合均勻形成混合物，將所述混合物旋涂在所述活性層上，烘干形成空穴緩沖層；
[0023]在所述空穴緩沖層上蒸鍍陽極，得到倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池。
[0024]優(yōu)選地，所述玻璃襯底為市售普通玻璃。
[0025]具體地，所述玻璃襯底的清潔操作為:將玻璃襯底進(jìn)行光刻處理，剪裁成所需要的大小，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。
[0026]優(yōu)選地，所述旋涂陰極，具體操作為:配制氧化鋅質(zhì)量濃度為50-500mg/mL的氧化鋅的醋酸溶液，然后將其旋涂在玻璃襯底上，烘干，形成厚度為20-100nm的陰極。更優(yōu)選地，所述醋酸溶液的純度為分析純。
[0027]具體地，所述活性層的旋涂操作為:配制聚3-己基噻吩和[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯(表示為P3HT/PCBM)總質(zhì)量濃度為8-30mg/mL的P3HT/PCBM溶液，然后在充滿惰性氣體的手套箱中將其旋涂在所述陰極上，接著在50-200°C下退火5-100分鐘，或在室溫下放置24-48小時，形成厚度為80-300nm的活性層。
[0028]優(yōu)選地，所述活性層的旋涂操作為:配制聚3-己基噻吩和[6，6]-苯基-C61- 丁酸甲酯(表示為P3HT/PCBM)總質(zhì)量濃度為18mg/mL的P3HT/PCBM溶液，然后在充滿惰性氣體的手套箱中將其旋涂在所述陰極上，接著在200°C下退火5分鐘，形成厚度為200nm的活性層。
[0029]優(yōu)選地，所述P3HT/PCBM溶液中，所述聚3_己基噻吩(表示為P3HT )與所述[6，6]_苯基-C61-丁酸甲酯(表示為PCMB)的質(zhì)量比為1:0.8_4。更優(yōu)選地，所述P3HT/PCBM溶液中，所述P3HT與PCMB的質(zhì)量比為1:0.8。
[0030]優(yōu)選地，所述P3HT/PCBM溶液，溶劑為甲苯，二甲苯，氯苯或氯仿。
[0031]優(yōu)選地，所述混合物中，所述酞菁類小分子的質(zhì)量為聚3，4_ 二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸的氯苯溶液質(zhì)量的5-50%，所述聚3，4- 二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸的氯苯溶液中，所述聚3，4- 二氧乙烯噻吩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%_5%。
[0032]優(yōu)選地，所述酞菁類小分子為酞菁銅、酞菁鋅、酞菁釩或酞菁鎂。
[0033]優(yōu)選地，所述聚3，4- 二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸鹽的氯苯溶液中，所述聚3，4- 二氧乙烯噻吩與所述聚苯乙烯磺酸鹽的質(zhì)量比為2-6:1。
[0034]優(yōu)選地，所述空穴緩沖層的厚度為20_100nm。
[0035]優(yōu)選地，所述蒸鍍?yōu)檎婵照翦?，蒸鍍溫度?00-1000°C，真空度為10-3-l()-5Pa。
[0036]優(yōu)選地，所述陽極為鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)或鉬(Pt)。更優(yōu)選地，所述陽極為鋁(Al)。
[0037]優(yōu)選地，所述陽極的厚度為80-200nm。更優(yōu)選地，所述陽極的厚度為150nm。
[0038]本發(fā)明采用旋涂的方式制備氧化鋅陰極，避免了傳統(tǒng)制備方法中旋涂活性層時蒸鍍金屬陰極被破壞的現(xiàn)象；另外，氧化鋅的存在也有一定的注入作用，因此采用本發(fā)明制備方法制備倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池，無需制備電子注入層，制備工藝更加簡單。
[0039]另外，本發(fā)明制備方法將廉價易得的酞菁類小分子的摻雜到聚3，4-二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸鹽(表示為PEDOT/PSS)溶液中作為空穴緩沖層的材質(zhì)，既利用了 PEDOT與活層之間的反射作用，又利用了酞菁類小分子形成的晶體的散射與反射作用，使到達(dá)空穴緩沖層的太陽光回到活性層，再度被活性層吸收利用，從而改善了聚合物太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。制備方法工藝簡單，原料成本低，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0040]實施本發(fā)明實施例，具有如下有益效果:
[0041](I)采用倒置結(jié)構(gòu)，并以聚3，4- 二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸鹽與酞菁類小分子形成的混合材料作為空穴緩沖層，使空穴緩沖層具有反射作用，使透過活性層的太陽光回到活性層，再度被活性層吸收利用，改善了聚合物太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率；
[0042](2)以氧化鋅作為陰極，有利于陰極中光的散射，進(jìn)一步集中了光強；同時氧化鋅層的存在也有一定的注入作用，因此本發(fā)明所述的倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池，無需電子注入層，結(jié)構(gòu)更加簡單；[0043](3)采用旋涂的方式制備氧化鋅陰極，避免了傳統(tǒng)制備方法中旋涂活性層時蒸鍍金屬陰極被破壞的現(xiàn)象；
[0044](4)制備方法工藝簡單，原料成本低，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對實施方式中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0046]圖1是本發(fā)明制備的倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖2是本發(fā)明實施例一制備的倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池與對比實施例制備的聚合物太陽能電池的電流密度與電壓關(guān)系圖。
【具體實施方式】
[0048]下面將結(jié)合本發(fā)明實施方式中的附圖，對本發(fā)明實施方式中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0049]實施例一
[0050]一種倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的制備方法，包括以下步驟:
[0051]( I)將玻璃襯底進(jìn)行光刻處理，剪裁成所需要的大小，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，在經(jīng)過處理的玻璃襯底上依次旋涂陰極與活性層；
[0052]旋涂陰極，具體操作為:將氧化鋅(ZnO)加入到分析純級別的醋酸中，攪拌均勻配制氧化鋅質(zhì)量濃度為200mg/mL的氧化鋅的醋酸溶液，然后將其旋涂在玻璃襯底上，放入烘箱中以60°C干燥2小時,形成厚度為80nm的陰極。
[0053]活性層的旋涂，具體操作為:將聚3-己基噻吩與[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯質(zhì)量比為1:0.8的P3HT/PCBM復(fù)合材料倒入氯苯中，攪拌均勻配制P3HT與PCMB總質(zhì)量濃度為18mg/mL的P3HT/PCBM溶液，然后在充滿惰性氣體的手套箱中將其旋涂在所述陰極上，接著在200°C下退火5分鐘，形成厚度為200nm的活性層。
[0054](2)在所述活性層上旋涂空穴緩沖層，并在惰性氣體中烘干；
[0055]具體操作為:將聚3，4- 二氧乙烯噻吩(PEDOT)與聚苯乙烯磺酸鹽(PSS)加入氯苯溶液中得到PED0T/PSS的氯苯溶液，其中PEDOT的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%，將酞菁銅(CuPc)加入到PED0T/PSS的氯苯溶液中混合均勻形成混合物，將所述混合物涂布到所述活性層上，放入充滿氬氣的烘箱中，60°C干燥2小時，形成厚度為70nm的空穴緩沖層。其中聚3，4-二氧乙烯噻吩與聚苯乙烯磺酸鹽的質(zhì)量比為5:1，酞菁銅的質(zhì)量為聚3，4_ 二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸的氯苯溶液質(zhì)量的30%。
[0056](3)在所述空穴緩沖層上蒸鍍陽極，得到倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池。
[0057]蒸鍍陽極的具體操作為:將旋涂了陰極、活性層和空穴緩沖層的玻璃襯底放入真空鍍膜系統(tǒng)中，以10_4Pa的真空度、800°C的蒸鍍溫度，將鋁(Al)蒸鍍在所述空穴緩沖層上，形成厚度為150nm的陽極。
[0058]圖1是本發(fā)明制備的倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本實施例制備的倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池，依次包括玻璃襯底1，陰極2，活性層3，空穴緩沖層4，陽極5。其中，空穴緩沖層的材質(zhì)包括酞菁酮、聚3，4- 二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸鹽。
[0059]本實施例制備的倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)為:
[0060]玻璃襯底/ZnO/(P3HT/PCBM) / (CuPc-PEDOT/PSS)/Al。
[0061]為了更好地說明本發(fā)明實施例倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的優(yōu)良特性，特設(shè)置如下對比實施例: [0062]聚合物太陽能電池，結(jié)構(gòu)為:IT0/(PEDOT/PSS) / (P3HT/PCBM)/Cs2C03/A1。具體制備過程為:將帶有ITO玻璃依次用洗潔精，去離子水，超聲15min，去除玻璃表面的有機污染物，晾干后在其上依次旋涂空穴活性層(PEDOT/PSS)、活性層(P3HT/PCBM)、然后再蒸鍍電子緩沖層(Cs2CO3)和陰極(Al)，得到聚合物太陽能電池，其中空穴活性層、活性層、電子緩沖層和陰極的厚度分別是70nm、200nm、150nm、80nm。
[0063]采用電流-電壓測試儀測試本發(fā)明實施例一所述倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池與對比實施例所述聚合物太陽能電池的電流密度與電壓關(guān)系圖，測試結(jié)果如圖2所示。圖2是實施例一所述倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池與對比實施例所述聚合物太陽能電池的電流密度與電壓關(guān)系圖。曲線I為實施例一所述倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的電流密度與電壓關(guān)系圖；曲線2為對比實施例所述聚合物太陽能電池的電流密度與電壓關(guān)系圖。
[0064]表1是根據(jù)圖2得到的實施例1與對比例的電池參數(shù)表，其中，電流密度指的是短路電流密度，即電壓大于O電流密度小于O時的電流密度絕對值；電壓特指開路電壓，即電流密度小于O電壓大于O時的電壓；能量轉(zhuǎn)換效率η指的是短路電流與開路電壓乘積的絕對值；填充因子指的是電池最大功率與開路電壓和短路電流的乘積的比值，即曲線與坐標(biāo)軸X、y所圍成的圓弧面積占最大矩形面積(數(shù)值為最大電流密度與最大電壓的乘積)的比例，填充因子越大，表明太陽能電池輸出特性越趨于矩形，太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率越聞。
[0065]表1實施例一與對比實施例的聚合物太陽能電池參數(shù)表
[0066]
電流密度 ~最大電壓~最大能量轉(zhuǎn)換效率填充因子~
(π?Α cm'2)(V)1I (%)'
實沲例一9.430.652 18O ^6
對比實施例? 180.741.40O
[0067]從圖2和表1中可以看出，對比實施例所述聚合物太陽能電池的電流密度為
6.18mA/cm2，而實施例一所述倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的電流密度提高到了 9.43mA/cm2 ;對比實施例所述聚合物太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率為1.40%，而實施例一所述倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率為2.18% ;實施例一所述倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的輸出特征(填充因子)也比對比例更趨于矩形(大)，提示了采用倒置結(jié)構(gòu)，并以PEDOT/PSS與酞菁酮形成的混合材料作為空穴緩沖層，可改善太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0068]實施例二
[0069]一種倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的制備方法，包括以下步驟:[0070]( I)將玻璃襯底進(jìn)行光刻處理，剪裁成所需要的大小，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，在經(jīng)過處理的玻璃襯底上依次旋涂陰極與活性層；
[0071]旋涂陰極，具體操作為:將氧化鋅(ZnO)加入到分析純級別的醋酸中，配制氧化鋅質(zhì)量濃度為500mg/mL的氧化鋅的醋酸溶液，然后將其旋涂在玻璃襯底上，放入烘箱中以60°C干燥2小時，形成厚度為20nm的陰極。
[0072]活性層的旋涂，具體操作為:將聚3-己基噻吩與[6，6]-苯基461-丁酸甲酯質(zhì)量比為1:4的P3HT/PCBM復(fù)合材料倒入氯仿中，配制P3HT與PCMB總質(zhì)量濃度為30mg/mL的P3HT/PCBM溶液，然后在充滿惰性氣體的手套箱中將其旋涂在所述陰極上，接著在室溫下放置48小時，形成厚度為80nm的活性層。
[0073](2)在所述活性層上旋涂空穴緩沖層，并在惰性氣體中烘干；
[0074]具體操作為:將聚3，4- 二氧乙烯噻吩(PEDOT)與聚苯乙烯磺酸鹽(PSS)加入氯苯溶液中得到PEDOT/PSS的氯苯溶液，其中PEDOT的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，將酞菁鋅(ZnPc)加入到PEDOT/PSS的氯苯溶液中混合均勻形成混合物，用勻膠機將所述混合物旋涂在所述活性層上，控制的轉(zhuǎn)速為200r/min，勻膠時間為120秒，然后放入充滿氬氣的烘箱中，60°C干燥2小時，形成厚度為70nm的空穴緩沖層。其中聚3，4-二氧乙烯噻吩與聚苯乙烯磺酸鹽的質(zhì)量比為2:1，酞菁鋅的質(zhì)量為聚3，4-二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸的氯苯溶液質(zhì)量的50%。
[0075](3)在所述空穴緩沖層上蒸鍍陽極，得到倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池。
[0076]蒸鍍陽極的具體操作為:將旋涂了陰極、活性層和空穴緩沖層的玻璃襯底放入真空鍍膜系統(tǒng)中，以KT5Pa的真空度、1000°C的蒸鍍溫度，將鋁(Ag)蒸鍍在所述空穴緩沖層上，形成厚度為80nm的陽極。
[0077]本實施例制備的倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池，依次包括玻璃襯底，陰極，活性層，空穴緩沖層，陽極。其中，空穴緩沖層的材質(zhì)包括酞菁鋅、聚3，4- 二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸鹽。
[0078]本實施例制備的倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)為:
[0079]玻璃襯底/ZnO/(P3HT/PCBM) / (ZnPc-PEDOT/PSS)/Ag。
[0080]實施例三
[0081]一種倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的制備方法，包括以下步驟:
[0082]( I)將玻璃襯底進(jìn)行光刻處理，剪裁成所需要的大小，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，在經(jīng)過處理的玻璃襯底上依次旋涂陰極與活性層；
[0083]旋涂陰極，具體操作為:將氧化鋅(ZnO)加入到分析純級別的醋酸中，配制氧化鋅質(zhì)量濃度為50mg/mL的氧化鋅的醋酸溶液，然后將其旋涂在玻璃襯底上，放入烘箱中以60°C干燥2小時，形成厚度為IOOnm的陰極。
[0084]活性層的旋涂，具體操作為:將聚3-己基噻吩與[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯質(zhì)量比為1:3的P3HT/PCBM復(fù)合材料倒入二甲苯中，攪拌均勻配制P3HT與PCMB總質(zhì)量濃度為16mg/mL的P3HT/PCBM溶液，然后在充滿惰性氣體的手套箱中將其旋涂在所述陰極上，接著在50°C下退火100分鐘，形成厚度為200nm的活性層。
[0085](2)在所述活性層上旋涂空穴緩沖層，并在惰性氣體中烘干；[0086]具體操作為:將聚3，4- 二氧乙烯噻吩(PEDOT)與聚苯乙烯磺酸鹽(PSS)加入氯苯溶液中得到PEDOT/PSS的氯苯溶液，其中PEDOT的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，將酞菁鎂(MgPc)加入到PEDOT/PSS的氯苯溶液中混合均勻形成混合物，用勻膠機將所述混合物旋涂在所述活性層上，控制的轉(zhuǎn)速為200r/min，勻膠時間為120秒，然后放入充滿氬氣的烘箱中，60°C干燥2小時，形成厚度為20nm的空穴緩沖層。其中聚3，4-二氧乙烯噻吩與聚苯乙烯磺酸鹽的質(zhì)量比為6:1，酞菁鎂的質(zhì)量為聚3，4-二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸的氯苯溶液質(zhì)量的5%。
[0087](3)在所述空穴緩沖層上蒸鍍陽極，得到倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池。
[0088]蒸鍍陽極的具體操作為:將旋涂了陰極、活性層和空穴緩沖層的玻璃襯底放入真空鍍膜系統(tǒng)中，以10_3Pa的真空度、500°C的蒸鍍溫度，將鋁(Au)蒸鍍在所述空穴緩沖層上，形成厚度為180nm的陽極。
[0089]本實施例制備的倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池，依次包括玻璃襯底，陰極，活性層，空穴緩沖層，陽極。其中，空穴緩沖層的材質(zhì)包括酞菁鎂、聚3，4-二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸鹽。
[0090]本實施例制備的倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)為:
[0091]玻璃襯底/ZnO/(P3HT/PCBM) / (MgPc-PEDOT/PSS)/Au。
[0092]實施例四
[0093]一種倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的制備方法，包括以下步驟:
[0094]( I)將玻璃襯底進(jìn)行光刻處理，剪裁成所需要的大小，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，在經(jīng)過處理的玻璃襯底上依次旋涂陰極與活性層；
[0095]旋涂陰極，具體操作為:將氧化鋅(ZnO)加入到分析純級別的醋酸中，攪拌均勻配制氧化鋅質(zhì)量濃度為lOOmg/mL的氧化鋅的醋酸溶液，然后將其旋涂在玻璃襯底上，放入烘箱中以60°C干燥2小時,形成厚度為60nm的陰極。
[0096]活性層的旋涂，具體操作為:將聚3-己基噻吩與[6，6]-苯基461-丁酸甲酯質(zhì)量比為1:2的P3HT/PCBM復(fù)合材料倒入二氯甲烷中，攪拌均勻配制P3HT與PCMB總質(zhì)量濃度為8mg/mL的P3HT/PCBM溶液，然后在充滿惰性氣體的手套箱中將其旋涂在所述陰極上，接著在70°C下退火100分鐘，形成厚度為300nm的活性層。
[0097](2)在所述活性層上旋涂空穴緩沖層，并在惰性氣體中烘干；
[0098]具體操作為:將聚3，4-二氧乙烯噻吩(PEDOT)與聚苯乙烯磺酸鹽(PSS)加入氯苯溶液中得到PED0T/PSS的氯苯溶液，其中PEDOT的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%，將酞菁釩(V2Pc5)加入到PED0T/PSS的氯苯溶液中混合均勻形成混合物，然后將所述混合物涂布到所述活性層上，放入充滿氬氣的烘箱中，60°C干燥2小時，形成厚度為IOOnm的空穴緩沖層。其中聚3，4-二氧乙烯噻吩與聚苯乙烯磺酸鹽的質(zhì)量比為4:1，酞菁釩的質(zhì)量為聚3，4_二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸的氯苯溶液質(zhì)量的25%。
[0099](3)在所述空穴緩沖層上蒸鍍陽極，得到倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池。
[0100]蒸鍍陽極的具體操作為:將旋涂了陰極、活性層和空穴緩沖層的玻璃襯底放入真空鍍膜系統(tǒng)中，以10_4Pa的真空度、800°C的蒸鍍溫度，將鉬(Pt)蒸鍍在所述空穴緩沖層上，形成厚度為200nm的陽極。
[0101]本實施例制備的倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池，依次包括玻璃襯底，陰極，活性層，空穴緩沖層，陽極。其中，空穴緩沖層的材質(zhì)包括酞菁釩、聚3，4- 二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸鹽。
[0102]本實施例制備的倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)為:
[0103]玻璃襯底/ZnO/(P3HT/PCBM) / (V2Pc5_PED0T/PSS)/Pt。
[0104]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)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(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池，其特征在于，包括依次層疊的玻璃襯底、陰極、活性層、空穴緩沖層和陽極；所述空穴緩沖層的材質(zhì)包括酞菁類小分子、聚3，4- 二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸鹽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池，其特征在于，所述陰極的材質(zhì)為氧化鋅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池，其特征在于，所述酞菁類小分子為酞菁銅、酞菁鋅、酞菁釩或酞菁鎂。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池，其特征在于，所述陰極的厚度為20-100nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池，其特征在于，所述空穴緩沖層的厚度為20-100nm。
6.一種倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 提供清潔的玻璃襯底，在經(jīng)處理的玻璃襯底上依次旋涂陰極與活性層； 在所述活性層上旋涂空穴緩沖層，所述空穴緩沖層的材質(zhì)包括酞菁類小分子、聚3，4-二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸鹽，所述空穴緩沖層的具體制備方法為:將聚3，4-二氧乙烯噻吩與聚苯乙烯磺酸鹽加入氯苯溶液中得到聚3，4- 二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸的氯苯溶液，將酞菁類小分子加入到聚3，4_ 二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸的氯苯溶液中混合均勻形成混合物，將所述混合物旋涂在所述活性層上，烘干形成空穴緩沖層； 在所述空穴緩沖層上蒸鍍陽極，得到倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述旋涂陰極，具體操作為:配制氧化鋅質(zhì)量濃度為50-500mg/mL的氧化鋅的醋酸溶液，然后將其旋涂在玻璃襯底上，烘干，形成厚度為20-100nm的陰極。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述混合物中，所述酞菁類小分子的質(zhì)量為聚3，4_ 二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸的氯苯溶液質(zhì)量的5-50%，所述聚3，4- 二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸的氯苯溶液中，所述聚3，4-二氧乙烯噻吩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%-5%。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述酞菁類小分子為酞菁銅、酞菁鋅、酞菁釩或酞菁鎂。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種倒置結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述聚3，4-二氧乙烯噻吩和聚苯乙烯磺酸鹽的氯苯溶液中，所述聚3，4-二氧乙烯噻吩與所述聚苯乙烯磺酸鹽的質(zhì)量比為2-6:1。
【文檔編號】H01L51/42GK103700767SQ201210367489
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月28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