[发明专利]反转结构的聚合物太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及专门适用于将光能转换为电能的固体器件，具体地说是反转结构的聚合物太阳能电池及其制备方法。

背景技术

能源问题关系到国家安全，意义重大。当今世界，在减少化石能源消耗的同时，人们也在积极寻找并开发新型的能源利用和转化技术。由于有机半导体具有柔性、成本低廉等优势，有机太阳能电池成为当前可再生能源技术的焦点之一。目前最先进的有机光伏转换技术使用的是具有体相异质结结构的聚合物/小分子二组分光活性薄膜，单管能量转换效率最高已经达到8.13％，但是距离10％的商业化要求还有相当一段的距离。

为加快聚合物太阳能电池的产业化进程，目前需要从以下两个方面开展工作：一是，发展反转结构的的聚合物太阳能电池技术。在正常结构的聚合物太阳能电池中，聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)与聚(苯乙烯磺酸)共混薄膜经常用做空穴传输层，但是聚(苯乙烯磺酸)的酸性对导电氧化铟锡薄膜的腐蚀性很强，这就降低了聚合物太阳能电池的稳定性，而且，正常结构的聚合物太阳能电池中经常使用活泼金属(如钙)作为阴极，这样也不利于聚合物太阳能电池的长期稳定性，但是，在反转结构的聚合物太阳能电池中没有这些问题；二是，开发能够对光活性薄膜的形态结构进行有效调节的简易方法，易与溶液涂布生产方式相结合，并最大程度降低光活性薄膜后处理所需要的时间，提高印刷生产速度。CN101577313公开了反型结构聚合物太阳能电池及其制备方法，该在先专利申请技术虽然解决了聚3，4-乙撑二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸混合溶液腐蚀ITO玻璃表面的这个世界范围内公认的问题，但是该在先专利申请技术存在以下三个缺点：①二氧化钛(TiO₂)薄膜的成型加工温度在400～500℃之间，这已经非常接近ITO的分解温度，因此对ITO衬底的破坏是非常严重的，不利于长寿命聚合物太阳能电池的制备；②使用P3HT:PCBM二组分共混薄膜作为活性层，经退火后形成了体相异质结结构，这在光活性薄膜加工技术上没有任何创新；③使用酞菁铜(CuPc)作为空穴传输层，其电导率很低，空穴导出能力差。CN101997085A披露了一种反型结构的有机小分子太阳能电池，使用ITO作为器件阴极，避免了使用活泼金属作为阴极所带来的污染问题，但这是属于世界早已公认的技术，该在先专利申请技术存在以下三个缺点：①采用低功函数的金属材料，厚度为1～2纳米，用来作为空穴阻挡层，厚度很薄的低功函数的金属材料，即活泼金属会给器件带来极大的不稳定性；②层状结构是在真空镀膜机内顺次蒸镀不同材料形成的，工艺繁复，成本高；③使用MoO₃作为阳极修饰层，即空穴传输层，其电导率很低，空穴导出能力差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供反转结构的聚合物太阳能电池及其制备方法，是一种具有分层结构的三组分光活性薄膜的的反转结构的聚合物太阳能电池，不但克服了现有的反转结构的聚合物太阳能电池的诸多缺点，而且其性能显著优于现有的具有体相异质结构的二组分光活性薄膜的反转结构的聚合物太阳能电池。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：