[发明专利]一种聚合物太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机半导体材料领域，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。

太阳能电池对太阳光的利用是影响能量转换效率的一个重要的因素，目前常用的方法是改变活性层材料的结构来增强其对太阳光的吸收率。

发明内容

本发明所要解决的问题在于提供一种可以提高光电转化效率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，包括依次层叠的阳极基底、空穴缓冲层、活性层、反射层、电子缓冲层和阴极层；所述反射层的材质为聚苯乙烯按照2~5%的质量分数掺杂到主体材料中得到的混合材料；所述主体材料为4,7-二苯基-1,10-菲啰啉、1,2,4-三唑衍生物、2-（4-联苯基）-5-（4-叔丁基）苯基-1,3,4-噁二唑或2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉。

所述聚合物太阳能电池，其中，所述阳极基底为铟锡氧化物玻璃、掺氟氧化锡玻璃、掺铝的氧化锌玻璃或掺铟的氧化锌玻璃。

所述聚合物太阳能电池，其中，所述空穴缓冲层的材料采用质量比为2:1-6:1的聚3,4-二氧乙烯噻吩与聚苯磺酸盐的混合材料。

所述聚合物太阳能电池，其中，所述活性层的材料为P3HT:PCBM、MDMO-PPV:PCBM或者MEH-PPV:PCBM的混合体系；其中，P3HT:PCBM混合体系中，P3HT:PCBM的质量比为1:0.8-1:1；MDMO-PPV:PCBM或者MEH-PPV:PCBM的混合体系中，MDMO-PPV:PCBM或者MEH-PPV:PCBM的质量比为1:1-1:4。

所述聚合物太阳能电池，其中，所述电子缓冲层的材料为氟化锂、碳酸锂或碳酸铯。

所述聚合物太阳能电池，其中，所述阴极层为铝、银、金或铂。

本发明还提供上述聚合物太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

S1、先将阳极基底进行光刻处理，然后用洗洁精、去离子水、丙酮、乙醇、异丙醇各超声清洗15min，去除玻璃表面的有机污染物；

S2、对清洗干净后的阳极基底进行氧等离子处理或UV-臭氧处理；

S3、利用旋涂工艺，在步骤S2处理后的阳极基底上旋涂空穴缓冲层，待空穴缓冲层干后，在再空穴缓冲层表面旋涂活性层，待活性层烘干后在再活性层的表面旋涂制备反射层；其中，所述反射层的材质为聚苯乙烯按照2~5%的质量分数掺杂到主体材料中得到的混合材料；所述主体材料为4,7-二苯基-1,10-菲啰啉、1,2,4-三唑衍生物、2-（4-联苯基）-5-（4-叔丁基）苯基-1,3,4-噁二唑或2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉；

S4、利用蒸镀工艺，在活性层表面依次层叠蒸镀电子缓冲层和阴极层；

待上述工艺步骤完成后，制得所述的聚合物太阳能电池。

所述聚合物太阳能电池，其中，步骤S2中，所述氧等离子处理中，氧等离子处理时间为5-15min，功率为10-50W。

所述聚合物太阳能电池，其中，步骤S2中，所述UV-臭氧处理中，UV-臭氧处理的时间为5-20min。

本发明提供的聚合物太阳能电池，在活性层与电子缓冲层之间制备一层由低折射率材料制备的反射层，当光通过活性层被活性材料吸收时，部分没有被吸收的光会穿透活性层到达反射层，而当光线从高折射率材料组成的活性层到达反射层界面时，就会发生全反射，从而改善太阳能电池的光电转换效率。

附图说明

图1为本发明的聚合物太阳能电池结构示意图；

图2为实施例1制得的聚合物太阳能电池与对比例1制得的太阳能电池的电流密度与电压关系图；其中，曲线1为实施例1制得的聚合物太阳能电池的电流密度与电压曲线；曲线2为对比例1制得的太阳能电池的电流密度与电压曲线。

具体实施方式