[发明专利]反转结构的聚合物太阳能电池及其制备方法

权利要求书

1.反转结构的聚合物太阳能电池，其特征在于：是一种具有分层结构的三组分光活性薄膜的反转结构的聚合物太阳能电池，由玻璃衬底上的一层阴极层、一层沉积在阴极上的有机N型掺杂空穴阻挡层、一层沉积在有机N型掺杂空穴阻挡层上的三组分光活性层、一层沉积在三组分光活性层上的有机P型掺杂空穴传输层和一层沉积在有机P型掺杂空穴传输层上的阳极层组成；所述阴极层的材料是导电氧化铟锡薄膜或贵金属薄膜；所述沉积在阴极层上的有机N型掺杂空穴阻挡层的材料是在萘四甲酸二酐中掺杂隐性结晶紫，其质量配比为萘四甲酸二酐∶隐性结晶紫＝1∶0.01～1∶1；所述沉积在有机N型掺杂空穴阻挡层上的三组分光活性层的材料是以下三组分薄膜中的任意一种：I.由聚(3-己基噻吩)、[6.6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯和2，9-二甲基-4，7二苯基-1，10-菲啰啉组成的三组分薄膜，其质量配比为聚(3-己基噻吩)∶[6.6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯∶2，9-二甲基-4，7二苯基-1，10-菲啰啉＝12∶10∶0.01～12∶10∶0.1；II.由聚[2，1，3-苯并噻二唑-4，7-二基[4，4-双(2-乙基己基)-4H-环戊并[2，1-B：3，4-B’]二噻吩-2，6-二基]]、[6.6]-苯基-C₇₁-丁酸甲酯和4，7二苯基-1，10-菲啰啉组成的三组分薄膜，其质量配比为聚[2，1，3-苯并噻二唑-4，7-二基[4，4-双(2-乙基己基)-4H-环戊并[2，1-B：3，4-B’]二噻吩-2，6-二基]]∶[6.6]-苯基-C₇₁-丁酸甲酯∶4，7二苯基-1，10-菲啰啉＝12∶15∶0.01～12∶15∶0.1；所述沉积在光活性层上的有机P型掺杂空穴传输层的材料是在N，N’-二(1-萘基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺中掺杂三氧化钨，其质量配比为N，N’-二(1-萘基)-N，N’-二苯基-4，4’-联苯二胺∶三氧化钨＝1∶0.05～1∶0.5；所述沉积在有机P型掺杂空穴传输层上的阳极层材料是银。

2.根据权利要求1所述反转结构的聚合物太阳能电池，其特征在于：所述的氧化铟锡导电薄膜的厚度为100nm和面电阻小于10欧姆/每4×4cm²方块。

3.根据权利要求1所述反转结构的聚合物太阳能电池，其特征在于：所述的贵金属是金或银，其薄膜的厚度为20nm的。

4.根据权利要求1所述反转结构的聚合物太阳能电池，其特征在于：所述的有机N型掺杂空穴阻挡层的厚度为10nm。

5.根据权利要求1所述反转结构的聚合物太阳能电池，其特征在于：所述的三组分光活性层的厚度为I.80nm或II.120nm。

6.根据权利要求1所述反转结构的聚合物太阳能电池，其特征在于：所述的有机P型掺杂空穴传输层的厚度为10～50nm。

7.根据权利要求1所述反转结构的聚合物太阳能电池，其特征在于：所述的阳极层的厚度为100nm。

8.反转结构的聚合物太阳能电池的制备方法，其步骤如下：

第一步，衬底上的阴极层的处理

把以阴极层覆盖的玻璃衬底称为阴极衬底，将该阴极衬底裁成4×4cm²的小块，先在盛有丙酮的超声波清洗器中清洗两次，再在盛有乙醇的超声波清洗器中清洗两次，最后在盛有去离子水的超声波清洗器中清洗两次，每次10分钟，该阴极层是厚度为100nm和面电阻小于10欧姆/每4×4cm²方块的氧化铟锡导电薄膜、厚度为20nm的金薄膜或厚度为20nm的银薄膜；

第二步，在阴极层上沉积有机N型掺杂空穴阻挡层

将第一步处理过的阴极衬底用氮气吹干，然后放入真空镀膜机中，真空镀膜机抽到背景真空度为4×10^-4Pa，采用热蒸发方式，在第一步处理过的阴极层上沉积NTCDA中掺杂LCV的薄膜作为有机N型掺杂空穴阻挡层，其厚度为10nm，掺杂质量比为：NTCDA∶LCV＝1∶0.01～1∶1；

第三步，在有机N型掺杂空穴阻挡层上沉积三组分光活性层

选用以下工艺中的任意一种：

I.按照三组分薄膜的质量配比为P3HT∶PC₆₁BM∶BCP＝12∶10∶0.01～12∶10∶0.1，配制12mg/ml的P3HT、10mg/ml的PC₆₁BM和0.01～0.1mg/ml的BCP的溶剂为1，2-邻二氯苯的混合溶液，将第二步制得的沉积了有机N型掺杂空穴阻挡层的中间产品从真空镀膜机中取出，在1000转/分钟的速度下，将上述配制的混合溶液旋涂到第二步沉积的有机N型掺杂空穴阻挡层上，旋涂时间为30秒钟，形成的三组分薄膜的厚度为80nm，之后在大气条件下放置200～1200秒；

II.按照三组分薄膜的质量配比为PCPDTBT∶PC₇₁BM∶Bphen＝12∶15∶0.01～12∶15∶0.1，配制12mg/ml的PCPDTBT、15mg/ml的PC₇₁BM和0.01～0.1mg/ml的Bphen的溶剂为1，2-邻二氯苯的混合溶液，将第二步制得的沉积了有机N型掺杂空穴阻挡层的中间产品从真空镀膜机中取出，在2000转/分钟的速度下，将上述配制的混合溶液旋涂到第二步沉积的有机N型掺杂空穴阻挡层上，旋涂时间为30秒钟，形成的三组分薄膜的厚度为120nm；

第四步，在三组分光活性层上沉积有机P型掺杂空穴传输层

将第三步制得的沉积了三组分光活性层的中间产品放入真空镀膜机中，真空镀膜机抽到背景真空度为4×10^-4Pa，采用热蒸发方式，在第三步沉积的三组分光活性层上再沉积NPB中掺杂WO₃作为有机P型掺杂空穴传输层，厚度为10～50nm，其质量配比为NPB∶WO₃＝1∶0.05～1∶0.5；

第五步，在有机P型掺杂空穴传输层上沉积阳极层

在真空镀膜机中，真空镀膜机抽到背景真空度为4×10^-4Pa，采用热蒸发方式，在第四步沉积的有机P型掺杂空穴传输层上沉积Ag薄膜作为阳极层，厚度100nm，沉积速率为将此最终产品从在真空镀膜机中取出；

由此，最终制得上述反转结构的聚合物太阳能电池，是一种具有分层结构的三组分光活性薄膜的反转结构的聚合物太阳能电池。