[发明专利]一种p型掺杂聚合物太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，尤其涉及一种p型掺杂聚合物太阳能电池及其制备方法。

背景技术

1982年，Weinberger等研究了聚乙炔的光伏性质，制造出了第一个具有真正意义上的太阳能电池，但是当时的光电转换效率极低(10^-3％)。紧接着，Glenis等制作了各种聚噻吩的太阳能电池，当时都面临的问题是极低的开路电压和光电转换效率。直到1986年，C.W.Tang等首次将p型半导体和n型半导体引入到双层结构的器件中，才使得光电流得到了极大程度的提高，从此以该工作为里程碑，有机p型掺杂聚合物太阳能电池蓬勃发展起来。

1992年Sariciftci等发现2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-1，4-苯乙(MEH-PPV)与复合体系中存在快速光诱导电子转移现象，引起了人们的极大兴趣，而在1995年，Yu等用MEH-PPV与C60衍生物PCBM混合作为活性层制备了有机聚合物体异质结太阳能电池。器件在20mW/cm² 430nm的单色光照射下，能量转换效率为2.9％。这是首个基于聚合物材料与PCBM受体制备的本体异质结太阳能电池，并提出了复合膜中互穿网络结构的概念。至此，本体异质结结构在p型掺杂聚合物太阳能电池中的应用得到了迅速的发展。这种结构也成为目前人们普遍采用的有机p型掺杂聚合物太阳能电池结构。

聚合物太阳能电池的工作原理主要分为四部分：(1)光激发和激子的形成；(2)激子的扩散；(3)激子的分裂；(4)电荷的传输和收集。首先，共轭聚合物在入射光照射下吸收光子，电子从聚合物最高占有轨道(HOMO)跃迁到最低空轨道(LUMO)，形成激子，激子在内建电场的作用下扩散到给体/受体界面处分离成自由移动的电子和空穴，然后电子在受体相中传递并被阴极收集，空穴则通过给体相并被阳极收集，从而产生光电流，这就形成了一个有效的光电转换过程。

其中，电荷的传输和收集是直接影响到最后电池的光电转换效率的，电荷的收集主要通过从活性层的电子和空穴注入到电极中来实现的，而缓冲层就起到了很重要的作用，由于电子缓冲层一般是金属化合物(如LiF)，容易造成电极与活性层之间的能带弯曲，使电子注入势垒降低，容易提高电子注入效率，而空穴缓冲层一般采用聚3，4-乙基二氧噻吩(PEDOT)与聚苯磺酸盐(PSS)的水溶液，这是一种呈酸性的物质，而由于聚合物太阳能电池一般是用金属半导体(如ITO)作为阳极，再在其上旋涂PEDOT溶液，因此，酸性的溶液容易对ITO进行腐蚀，不利于太阳能电池的稳定，破坏阳极，另外，PEDOT的制备工艺复杂，成本较高，制约了日后的商业化发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稳定性好、能量转换率高，且制备工艺简单、成本低廉的p型掺杂聚合物太阳能电池。

本发明的技术方案如下：

一种p型掺杂聚合物太阳能电池，该电池为层状结构，且该层状结构依次为：阳极基底、p型掺杂层、活性层、电子缓冲层、阴极层，即该电池的结构依次为：阳极基底/p型掺杂层/活性层/电子缓冲层/阴极层。

该p型掺杂聚合物太阳能电池中，各功能层所用材质如下，

导电阳极基底为铟锡氧化物玻璃(ITO)、掺铟氧化锌玻璃(IZO)、掺氟氧化锡玻璃(FTO)或掺铝氧化锌玻璃(AZO)中的任一种；

所述p型掺杂层的材料为2，3，5，6，-四氟-7，7′，8，8′-四氰二甲基对苯醌(F4-TCNQ)掺杂到4，4′，4″-三(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯胺(m-MTDATA)、4，4′，4″-三(N，N-二苯基-氨基)三苯胺(NATA)、4，4′，4″-三(N-(萘基-1-取代)-N-苯基氨基)三苯胺(1T-NATA)、4，4′，4″-三(N-(萘基-2-取代)-N-苯基氨基)三苯胺(2T-NATA)、酞菁铜(CuPc)、N，N’-(1-萘基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺(NPB)或1，1-二[4-[N，N′-二(p-甲苯基)氨基]苯基]环己烷(TAPC)中的任一种所组成的掺杂混合物；