[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

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种聚合物太阳能电池及其制备方法。

背景技术

聚合物太阳能电池是继无机半导体太阳能电池之后光伏发电领域的另一新发现。与传统的无机硅太阳能电池相比，聚合物太阳能电池柔韧性好，可卷曲折叠，而且制作工艺简单，原料易得，成本低，制备过程中也不会产生有毒物质，因而近年来受到了广泛的关注。

现有聚合物太阳能电池的结构一般为：玻璃衬底/阳极/空穴缓冲层/活性层/电子缓冲层/阴极，当光线从底部射入后，穿过玻璃衬底、阳极与空穴缓冲层，到达活性层后，被活性层上的光敏物质吸收利用，产生电子-空穴对，电子与空穴分离后，电子通过电子缓冲层进入阴极，而空穴则通过空穴缓冲层进入阳极，阳极与阴极接通后即产生电流。

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，其中活性层是太阳能电池中吸收利用太阳光的主要结构，但是由于目前的聚合物太阳能电池大多以聚3-己基噻吩和[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯复合材料（表示为P3HT/PCBM）作为活性层的材质，其对太阳光的利用能力不高，导致目前市面上的聚合物太阳能电池的能量转换效率相对较小。因此非常有必要改善太阳能电池材质，进一步提高电池的能量转换效率。

发明内容

本发明的目的在于对现有聚合物太阳能电池进行改进，提供一种聚合物太阳能电池，该聚合物太阳能电池以给体材料和受体材料为活性层材料，且活性层具有纳米网状结构，所述纳米网状结构的孔径为100nm～150nm，提高了空穴和电子的分离效率，提高了电子的传输速率，进而达到提高聚合物太阳能电池能量转换效率的目的。本发明还提供了该聚合物太阳能电池的制备方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

第一方面，本发明提供一种聚合物太阳能电池，包括依次层叠的导电阳极、空穴缓冲层、活性层、电子缓冲层和金属阴极，所述活性层材质包括给体材料和受体材料，所述给体材料为聚（3-己基噻吩）（P3HT）、聚[2-甲氧基,5-(3’,7’二甲基-辛氧基)]-对苯撑乙烯撑（MDMO-PPV）或聚[2-甲氧基-5-（2’-乙烯基-己氧基）]-对苯撑乙烯撑（MEH-PPV），所述受体材料为石墨烯，所述活性层具有纳米网状结构，所述纳米网状结构的孔径为100nm～150nm。

优选地，所述给体材料和受体材料的质量比为1:0.5～1:4。

优选地，所述活性层的厚度为60～300nm。

优选地，所述石墨烯为市售石墨烯。

优选地，所述导电阳极基底为铟锡氧化物玻璃（ITO）、掺氟氧化锡玻璃（FTO）、掺铝的氧化锌玻璃（AZO）或掺铟的氧化锌玻璃（IZO）。

优选地，所述的空穴缓冲层材质为聚3,4-二氧乙烯噻吩（PEDOT）和聚苯磺酸盐（PSS）水溶液（表示为PEDOT:PSS），在水溶液中，PEDOT和PSS的质量比为2:1～6:1，聚3,4-二氧乙烯噻吩（PEDOT）在水溶液中的质量分数为1%～5%。所述空穴缓冲层厚度为20～80nm。

更优选地，在PEDOT和PSS的水溶液中，所述PEDOT和PSS的重量比为6:1，所述PEDOT在水溶液中的质量分数为1.3%，所述空穴缓冲层的厚度为40nm。

优选地，所述电子缓冲层材料为叠氮化铯（CsN₃）、氟化锂（LiF）、碳酸锂（Li₂CO₃）或碳酸铯（Cs₂CO₃），厚度为0.5～10nm，更优选地，所述电子缓冲层材质为CsN₃，厚度为2nm。

优选地，所述金属阴极为铝（Al）、银（Ag）、金（Au）或铂（Pt），厚度为80～300nm，更优选地，所述金属阴极材质为Al，厚度为150nm。

光激发活性层材料分子至激发态后产生电子-空穴对，电子-空穴对通过传递转移至电子给体和电子受体的交界处，受到电子给体和电子受体电子亲合势不同的诱导，产生电荷分离，分离后的正负电荷通过各自的传输通道，达到对应的电极，完成光电转换过程。所述活性层具有纳米网状结构，可以扩大电子给体材料和电子受体受体的分离界面，有助于电子和空穴的分离，同时提高电子的传输速率，提高了聚合物太阳能电池的光电转换效率。而石墨烯有较强的导电性，有利于电子的传输，适合作为活性层的受体材料提供电子。

第二方面，本发明提供了一种聚合物太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

提供所需尺寸的导电阳极，经处理后在导电阳极上采用旋涂的方法制备空穴缓冲层；