[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，特别是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，但是其光电转换效率极低（10^-3%）。紧接着，Glenis等制作了各种聚噻吩的太阳能电池，也面临电池的开路电压极低和光电转换效率低的问题。直到1986年，C.W.Tang等首次将p型半导体和n型半导体引入双层结构的器件中，使光电流得到极大程度的提高，以此为里程碑，有机聚合物太阳能电池蓬勃发展起来。

聚合物太阳能电池的基本原理是利用光入射到半导体的异质结或金属半导体界面附近产生的光生伏打效应，该效应是光激发产生的电子空穴对即激子被各种因素引起的静电势能分离产生电动势的现象，当光入射到光敏材料时，光敏材料被激发产生电子和空穴对，在太阳能电池内建电场的作用下分离和传输，然后被各自的电极收集，电子向阴极移动，空穴向阳极移动，形成电流。

目前，聚合物太阳能电池的转换效率较低，为提高能量转换效率，电池材料的改进及器件结构的优化是两个主要途径，包括在电极和有机层之间增加缓冲层，可以降低光生激子在有机层与电极界面处的淬灭率，使光生激子充分分离为电子和空穴，并提高各自的传输速率，从而提高电荷在电极处的收集效率，使聚合物太阳能电池的光电转换效率得到改善。其中，电子缓冲层一般采用蒸镀的方法制备，厚度较薄，通常小于1nm，而蒸镀速率以微秒计算，工艺上若控制过度，使厚度过大，会导致电子缓冲层的阻抗增加，电子传输受阻，而工艺上若控制不够，厚度过薄，则几乎无法形成薄膜，电子缓冲层存在大面积的电子缺陷，起不到阻挡作用，电子传输效率也会降低，即电子缓冲层的制备工艺控制难度大，是造成器件的转化效率低的原因之一。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种聚合物太阳能电池及其制备方法。本发明的聚合物太阳能电池包含材质为醋酸盐的电子传输层，将醋酸盐与偶氮类物质的混合溶液旋涂后干燥，干燥中偶氮类物质发生分解，得到具有纳米网状结构的电子传输层，该电子传输层与活性层之间的有效接触面积增加，可提高电子传输效率，同时醋酸盐为n型材料，电子传输效率高，而其纳米颗粒粒径较大，对光有反射作用，可提高活性层的吸光效率及电池的光电转换效率。

第一方面，本发明提供一种聚合物太阳能电池，包括依次层叠的阳极基底、空穴缓冲层、活性层、电子传输层、电子缓冲层和阴极，所述电子传输层的材质为醋酸盐，所述醋酸盐为醋酸锌、醋酸钙、醋酸钠或醋酸镁，所述电子传输层为纳米网状结构，所述纳米网状结构的孔径为100nm～150nm。

所述聚合物太阳能电池中，电子传输层的材质为醋酸盐，将醋酸盐与偶氮类物质的混合溶液旋涂后干燥，干燥时，偶氮类物质发生分解，同时醋酸盐析出，使得到的电子传输层具有纳米网状结构，可增加电子传输层与活性层之间的有效接触面积，提高电子传输效率，同时电子传输层中的醋酸盐为分散均匀的纳米颗粒，粒径较大，对光有反射作用，从而提高活性层的吸光效率及电池的光电转换效率。

所述醋酸盐为电子传输材料即金属氧化物形成的盐，所述醋酸盐的粒径为5nm～20nm。

优选地，所述阳极基底为带有阳极功能层的玻璃，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）。阳极基底为市场上购买的，规格统一，阳极功能层厚度为80～250nm。

优选地，所述空穴缓冲层的材质是聚3,4-二氧乙烯噻吩（PEDOT）和聚苯乙烯磺酸（PSS）的混合物。

优选地，所述PEDOT：PSS的重量比为2:1~6:1。更优选地，所述PEDOT：PSS的重量比为6:1。

优选地，所述的活性层的材质为聚3-己基噻吩（P3HT）与PCBM的混合物。P3HT为聚3-己基噻吩，是常用的空穴传输材料，PCBM为（6,6）-苯基-C61-丁酸甲酯，分子式为C₇₂H₁₄O₂，为C60的衍生物，是常用的电子传输材料。

优选地，所述聚3-己基噻吩（P3HT）：PCBM的重量比为1:0.5~1:3。更优选地，所述聚3-己基噻吩（P3HT）：PCBM的重量比为1:0.8。

优选地，所述活性层的厚度为80~300nm。更优选地，所述活性层的厚度为200nm。