[发明专利]聚合物太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物太阳能电池及其制备方法，特别是，涉及一种具有合金阴极的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，并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，当时面临的问题都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太阳能电池中，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等发现在聚2-甲氧基-5-(2'-乙基-己氧基)-1,4-亚苯基亚乙烯基（MEH-PPV）与C60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。该太阳能电池在20mW/cm² 、430nm的单色光照射下的能量转换效率为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），从而形成激子，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。

目前在聚合物太阳能电池中，通常是利用低功函数的金属作为器件的阴极（如Al、Ag等），低功函数的金属可以降低电子的注入势垒，有利于电子的注入与传输，但是低功函数的金属一般比较活泼，耐腐蚀性较差，极易与空气中的氧气和水汽发生反应，使材料变质，形成表面缺陷，影响器件的效率和寿命。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种能够避免由于阴极表面受腐蚀而产生缺陷的现象，降低形成电子陷阱的几率，从而提高太阳能电池器件的电流密度的同时，可提高寿命的聚合物太阳能电池。

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。

本发明人经过锐意研究发现，当利用高功函数的金属与低功函数的金属进行掺杂而制备合金阴极时，少量的高功函数的加入，不会使合金的功函数产生太大变化，对电子注入影响不大，但是，却可以很好地避免阴极表面受腐蚀而产生缺陷的现象，降低形成电子陷阱的几率，提高太阳能电池器件的电流密度的同时提高寿命，从而完成了本发明。

本发明提供了聚合物太阳能电池，包括阳极、空穴缓冲层、活性层、电子缓冲层和阴极，其中，所述阴极是将高功函数的金属与低功函数的金属掺杂而成的合金阴极。

本发明还提供了聚合物太阳能电池的制造方法，其包括：制备阳极的步骤；在阳极上旋涂空穴缓冲层的步骤；在空穴缓冲层上旋涂活性层的步骤；在活性层上蒸镀电子缓冲层的步骤；以及，在电子缓冲层上蒸镀阴极的步骤，其中，所述在电子缓冲层上蒸镀阴极的步骤，是通过将高功函数的金属与低功函数的金属掺杂而蒸镀于电子缓冲层上的步骤。

本发明利用高功函数的金属与低功函数的金属进行掺杂而制备合金阴极，避免了电极表面由于受腐蚀而产生缺陷的现象，降低了形成电子陷阱的几率，从而提高了器件的电流密度；同时，高功函数的加入，可以使电极更稳定，不易和外界发生反应，提高了耐腐蚀性，同时提高了器件的寿命。

附图说明

图1为本发明的聚合物太阳能电池的结构示意图。

图2表示实施例1的聚合物太阳能电池和比较例1的聚合物太阳能电池的电流密度与电压关系。

具体实施方式

下面，结合附图对本发明进行详细的说明。

本发明的聚合物太阳能电池：图1是本发明的聚合物太阳能电池的结构示意图。如图1所示，本发明的聚合物太阳能电池，包括阳极、空穴缓冲层、活性层、电子缓冲层和阴极，其中，所述阴极是将高功函数的金属与低功函数的金属掺杂而成的合金阴极。