[发明专利]一种聚合物太阳能电池及其制备方法有效
申请号: | 201110143001.8 | 申请日: | 2011-05-30 |
公开(公告)号: | CN102810641A | 公开(公告)日: | 2012-12-05 |
发明(设计)人: | 周明杰;王平;黄辉;陈吉星 | 申请(专利权)人: | 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技术有限公司 |
主分类号: | H01L51/42 | 分类号: | H01L51/42;H01L51/44;H01L51/48 |
代理公司: | 广州华进联合专利商标代理有限公司 44224 | 代理人: | 何平 |
地址: | 518100 广东省深*** | 国省代码: | 广东;44 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 聚合物 太阳能电池 及其 制备 方法 | ||
技术领域
本发明涉及电化学领域,尤其涉及一种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。
目前常用的结构为:ITO阳极/空穴缓冲层/活性层/电子缓冲层/阴极。这种结构由于阴极一般采用低功函的活泼金属;因此,容易与大气中的氧气发生反应,不利于电池的稳定性,给应用带来了很大的制约。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稳定性好、能量转换率高的聚合物太阳能电池。
本发明的技术方案如下:
一种聚合物太阳能电池,该电池为层状结构,且该层状结构依次为:阳极基底、空穴缓冲层、活性层、电子缓冲层、阴极层、保护层、钝化层,即该电池的结构为:阳极基底/空穴缓冲层/活性层/电子缓冲层/阴极层/保护层/钝化层。
该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;
空穴缓冲层的材料为聚3,4-二氧乙烯噻吩(PEDOT)与聚苯磺酸钠(PSS)的混合物;
活性层的材料为聚3-己基噻吩(P3HT)、聚[2-甲氧基-5-(3,7.二甲基辛氧基)对苯撑乙烯](MDMO-PPV)或聚[2-甲氧基-5-(2′-乙烯基-己氧基)聚对苯乙烯撑](MEH-PPV)分别与富勒烯丁酸甲酯衍生物(PCBM)混合后形成混合物中的任一种;即P3HT:PCBM、MDMO-PPV:PCBM或者MEH-PPV:PCBM混合物中的任一种;
电子缓冲层的材料为氟化锂(LiF)、碳酸锂(Li2CO3)、碳酸铯(Cs2CO3)、氮化铯(CsN3)或氟化铯(CsF)中的任一种;
阴极层的材料为铝(Al)、银(Ag)、金(Au)或铂(Pt)中的任一种金属;
保护层的材料为并五苯、C60或C70(即60或70个碳原子的有机物)的任一种;
钝化层的材料为Al2O3、SiO2、SiO、SiCl4或Si3N4中的任一种。
本发明的另一目的在于提供上述聚合物太阳能电池的制备方法,其工艺步骤如下:
S1、将阳极基底依次在洗洁精,去离子水,丙酮,乙醇,异丙醇中超声清洗,去除表面的有机污染物,清洗干净后对其进行氧等离子处理,氧等离子处理时间为5-15min,功率为10-50W;
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