[发明专利]一种制备内嵌光栅结构的聚合物太阳能电池的方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种制备内嵌光栅结构的聚合物太阳能电池的方法。

背景技术

能源危机是全球面临的最紧迫的问题之一，也是世界各国可持续发展的首要问题。目前，全球总能耗的70％以上来自石油，天然气，煤等化石能源。根据目前已经探明储量估计，石油和天然气资源将在未来40年左右内枯竭，煤也只能够再开采200年左右。因此能源问题已经威胁到人类社会生存与发展的根本问题，寻找新的能源成为人类迫在眉睫的紧迫任务。太阳能是一种可再生资源，是真正意义上的环保清洁能源。太阳能对地球一天的总辐射所传递的能量就足以维持现今人类社会的27年的能源消耗需求。太阳能在地球上分布广泛，分配相对均衡，既可以免费使用又无需运输，因此，高效合理地利用太阳能是人类解决能源危机的途径之一。

太阳能电池是人类利用太阳能最有效的方式之一。传统的太阳能电池主要是以半导体材料为基础，特别是硅材料太阳能电池应用广泛，已在民用电力，交通以及军用航海航天等诸多领域发挥着愈来愈大的作用。然而传统电池由于生产工艺复杂，生产设备昂贵，使得其成本极难降低。

有机聚合物太阳能电池是以导电共轭聚合物为光伏材料的新型太阳能电池。由于其具有原料价格低廉，生产工艺简单，可大面积制备以及可制作柔性薄膜电池等优点，近年来引起广泛关注，发展迅速。然而现今大部分聚合物太阳能电池还存在效率较低和材料性能不稳定等问题，距离实用化还有一段路程要走。

聚合物太阳能电池的光吸收效率不足一直是该器件转化效率较低的重要原因之一。虽然聚合物太阳能电池功能层材料本身的光吸收效率很高，但由于聚合物功能材料的载流子迁移率比较低，溶液成膜工艺造成膜层缺陷较多，为了获得较高的能量转化效率一般会要求器件厚度尽可能薄。为了尽可能的吸收太阳能光，一个有效方法是在器件内设计和制作新型的陷光光学结构，增加入射光在聚合物功能层的光程，提高相同厚度聚合物功能层对太阳光的吸收。针对聚合物太阳能电池中陷光结构的研究主要集中在通过微压印将光栅模板的光栅结构转移到聚合物功能层，或引入金、银等金属光栅或金属纳米粒子。这些方法在不同程度上都增加了制备工艺和制备成本，不利于聚合物太阳能电池低成本和实用化进程。

发明内容

本发明提供了一种制备内嵌光栅结构的聚合物太阳能电池的方法，利用摩擦法在聚合物太阳能电池的透明电极的阳极缓冲层上制作光栅结构，阳极缓冲层上的聚合物功能层和阴极由于覆形作用也形成光栅结构，从而制得具有陷光功能的聚合物太阳能电池。

一种制备内嵌光栅结构的聚合物太阳能电池的方法，包括以下步骤：

(1)在透明衬底上制备透明阳极；

(2)在所述的透明阳极上制备具有光栅结构的阳极缓冲层；

(3)通过溶液成膜法，在所述的具有光栅结构的阳极缓冲层上制备具有光栅结构的光伏功能层；

(4)在所述的具有光栅结构的光伏功能层上制备具有光栅结构的阴极。

步骤(1)中，所述的透明衬底的材料为玻璃或塑料，透过率在可见光波段大于80％。

步骤(1)中，采用现有技术如真空镀膜等在所述的透明衬底制作所述的透明阳极，所述的透明阳极可以为铟锡氧化物(ITO)，导电氧化物薄膜(TCO)或ZnO:Al。所述的真空镀膜方法包括：热蒸发、磁控溅射、原子层沉积或电子束蒸发等技术。也可以直接从市场上购得带透明阳极的透明衬底。

步骤(2)中，所述的具有光栅结构的阳极缓冲层的材料为4-乙撑二氧噻吩∶聚苯乙烯磺酸(PEDOT∶PSS)。

步骤(2)中，在所述的透明阳极上制备具有光栅结构的阳极缓冲层，包括以下两步：

第一步：成膜，将质量百分比浓度为1～20％的4-乙撑二氧噻吩∶聚苯乙烯磺酸(PEDOT∶PSS)的水溶液在所述的透明阳极上旋涂成膜后烘干，在所述的透明阳极上形成厚度为10～300nm的4-乙撑二氧噻吩∶聚苯乙烯磺酸(PEDOT∶PSS)膜；所述的旋涂过程包括：前期转速100～3000rpm，时间1～60秒；后期转速1000～5000rpm，时间为10～180s；烘干可在真空烘箱中进行；