[发明专利]银纳米粒子复合空穴传输层的反型聚合物太阳能电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机光电器件技术领域，具体涉及一种带有银纳米粒子复合空穴传输层的反型结构聚合物有机太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能是一种理想的新能源，清洁、干净、无污染，其储量巨大，取之不尽，用之不竭，充满了诱人的前景。将太阳能转换为电能是解决环境污染和能源危机的重要途径之一，聚合物太阳能电池是以有机半导体材料作为光电转换材料直接或间接将太阳能转变为电能的器件。聚合物太阳能电池具有以下优点：成本较低、合成工艺简单、可大批量工业化生产等。近年来受到国内外科研工作者和商家的广泛关注，已成为清洁、可再生能源研究领域的一个热点。但是长期以来聚合物太阳能电池的效率一直很低，这是由于当光照射到有机体材料时，有机材料中通常不会形成自由载流子，而是形成激子（电子空穴对）。因此要提高聚合物材料中激子产生效率和空穴、电子分离的几率，提高载流子向电极的传输能力，从而提高聚合物太阳能电池的效率。

发明内容

本发明的目的是采用简单的工艺提供一种带有银纳米粒子复合空穴传输层的反型聚合物太阳能电池及其制备方法。

该太阳能电池以ITO导电玻璃为阴极，以N型宽禁带半导体TiO₂为阴极缓冲层，以聚合物为有源层，以MoO₃/Ag纳米粒子/MoO₃为阳极缓冲层，以Ag为阳极。MoO₃/Ag纳米粒子/MoO₃阳极缓冲层中的Ag纳米粒子通过局域表面等离子体作用以及反向散射增强作用，使有源层对太阳光的利用率提高，并且改善有源层和电极的界面接触性能，提高载流子向阳极的传输能力，进而提高了器件的短路电流密度和能量转化效率。MoO₃为半导体材料，在器件中起到阻挡电子传输空穴的作用，它的电导率直接影响空穴的收集效率。我们在MoO₃层内掺入Ag纳米粒子，可以有效地提高MoO₃层的电导率。

聚合物为给体材料P3HT（Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)，聚3己基噻吩）与受体材料PCBM（[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester，富勒烯衍生物）按照1：0.8～1的质量比进行混合。

本发明所述的一种带有银纳米粒子复合空穴传输层的反型聚合物太阳能电池的制备方法，其步骤如下：

1.ITO玻璃依次用丙酮、乙醇、去离子水超声30～50分钟，然后擦洗烘干，作为阴极1；

2.在室温下，将20～40ml乙醇、5～15ml去离子水和1～3ml浓度为0.2～0.3mol/L的盐酸配成的混合溶液逐滴滴入到含有5～20ml钛酸四丁酯、40～80ml乙醇、3～10ml乙酰丙酮的溶液中，剧烈搅拌1～5小时，进而制得TiO₂溶胶；将TiO₂溶胶以1000～5000rpm的转速旋涂在阴极1上，然后放入马弗炉中，在450～500℃条件下烧结1.5～3小时，烧结后在阴极1得到N型TiO₂(nc-TiO₂)的阴极缓冲层2，厚度为20～40nm；

3.有源层是聚合物太阳能电池的吸光层，平整的有源层是获得高效率电池的基础，我们使用聚合物材料制备体异质结太阳能电池的有源层：将给体材料P3HT（Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)，聚3己基噻吩）与受体材料PCBM（[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester，富勒烯衍生物）按照1：0.8～1的质量比进行混合，然后加入有机溶剂（二氯苯、氯苯或甲苯等）中，磁力搅拌72～90小时，配置成均匀的浓度为10～20mg/mL的混合溶液；然后将混合溶液旋涂在阴极缓冲层2上，旋涂速度为500～1500rpm，得到50～100nm厚的有源层3；最后对有源层3进行退火，退火温度为140℃～160℃，退火时间为0.3～0.5小时；

4.通过真空蒸发的方法在有源层3上制备阳极缓冲层4：在多源有机气相分子沉积系统中，在有源层3上蒸镀厚度为2.5～5nm的MoO₃，在MoO₃上再蒸镀厚度为1～5nm的Ag，在Ag上再蒸镀厚度为2.5～5nm的MoO₃，从而形成MoO₃/Ag纳米粒子/MoO₃复合的阳极缓冲层4；