[发明专利]一种聚合物太阳能电池活性层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池，尤其是涉及一种聚合物太阳能电池活性层及其制备方法。特别涉及一种静电纺丝和雾化制备V型、宽吸收光谱的聚合物太阳能电池活性层的方法。

背景技术

太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁能源，在化石能源日益枯竭、环境污染日渐严重的今天，开展将太阳能转换成电能的太阳能电池的研究显得尤为重要（曾望东,丁娉,潘春跃.聚合物太阳能电池材料的研究进展[J].广州化工，2010,38(7):43-46）。近几年来，聚合物光伏电池能量转换效率的纪录不断被刷新，据最新报道，聚合物太阳能电池能量转换效率的已达到10%。聚合物太阳能电池具有可在柔性衬底上制备、重量轻、自放电小、无记忆效应等优点，这是传统的无机晶体硅太阳能电池所不具备的（Li Gang,Zhu Rui,Yang Yang.Polymer solar cells[J].Nature Photonics,2012,6(3):153-161）。

作为聚合物太阳能电池的最重要的组成部分,有机光伏器件的能量转换效率直接决定了聚合物太阳能电池的性能。有机光伏器件是一类给体/受体异质结型器件，是由光敏活性层夹在ITO透明阳极和金属阴极之间所组成。其中，活性层的形态结构及厚度及对太阳能电池的性能具有重要影响，过薄的活性层薄膜对于入射光的吸收率比较低，并且容易产生较大的漏电流；过厚的活性层薄膜会导致电荷无法导出，影响电池的能量转换效率。因此对活性层厚度和形态的因素进行研究，制备出厚度和形态最佳的活性层薄膜是非常必要的。并且，给体和受体材料的吸光性能(吸光波长和吸收系数)、对有机光伏器件的性能也至关重要。

论文（MahbubeKhodaSiddiki,Jing Li,David Galipeau and QiquanQiao.A review of polymer multijunction solar cells[J].Energy & Environmental Science.2010,3,867–883）中记录了一种V型折叠式的聚合物太阳能电池模块阵列，该电池利用光线在V型槽中多次反射被吸收，以达到提高光线利用率的目的，但目前文章与专利中尚未提到一种专门针对V型结构的聚合物太阳能电池活性层的制备方法。论文（李永舫.聚合物太阳能电池高效共轭聚合物给体和富勒烯受体光伏材料[J].高分子通报，2011，10:33-49）中提到采用不同的给体材料可以吸收不同波长的光线，提到二维共轭聚噻吩乙烯的吸收光谱可以覆盖整个可见光区(350～780nm)。

基于电液动力耦合喷印的静电纺丝技术是制备纳米纤维的常用方法之一，相比于其他制备技术，静电纺丝具有设备简单、操作方便、材料适用性强、可喷印溶液粘度高等优点（郑高峰,王凌云,孙道恒(2008).“基于近场静电纺丝的微/纳米结构直写技术”纳米技术与精密工程第6卷），因而在近些年得到了迅猛的发展。典型的静电纺丝装置是将溶液通入一根金属毛细管，在毛细管与平板电极之间加上直流电压，平板电极与毛细金属管垂直，且与毛细管出口处保持一定距离；在一定的电压条件下，毛细管出口处的溶液在切向电场力的作用下形成泰勒锥，并在泰勒锥的顶端出现一股稳定细小的射流，静电射流技术可喷射液滴状或纤维状物质，分别称为静电雾化和静电纺丝。其中，利用静电雾化制备的纳/微米颗粒具有高度的分散单一性，而且可以很好地包埋所载材料；静电纺丝制备的纳米纤维膜具有高的比表面积和纳米网状多孔结构，可以形成纳米尺度的连续的互穿网络结构。

中国专利200910085656.7公开一种掺杂无机半导体纳米晶体的聚合物太阳能电池活性层及其制备方法，该方法利用旋涂制膜，工艺虽简单，但并不适用于V型结构的聚合物太阳能电池活性层的制备。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过静电纺丝和雾化，可显著提高光线的利用效率，制备V型、宽吸收光谱的聚合物太阳能电池活性层的制备方法。

本发明所述聚合物太阳能电池活性层的制备方法，包括以下步骤：

1）制备作为活性层溶液的给体材料溶液和受体材料溶液

将2种给体材料分别溶于给体材料溶剂中；将受体材料溶于受体材料溶剂中，均进行搅拌，分别获得均匀、粘稠的作为静电喷雾的活性层溶液，即2种给体材料溶液和1种受体材料溶液，然后在室温下静置备用；

2）制备装置准备

制备装置包括供液装置、喷头、高压电源和V型收集板等；在供液装置中装入活性层溶液，供液装置的进给速度可调；V型收集板放置于喷头的正下方且接地，V型收集板的V型槽朝上；