[发明专利]聚合物太阳能电池活性层墨液、高稳定性聚合物太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种聚合物太阳能电池活性层墨液、高稳定性聚合物太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。根据所用材料的不同，太阳能电池主要可分为：硅太阳能电池，无机盐太阳能电池、聚合物太阳能电池以及纳米晶太阳能电池。其中，聚合物太阳能电池具有材料来源广泛、质量轻、制备工艺简单、柔性等优良特点，逐渐成为国内外研究领域的关注焦点。

聚合物太阳能电池一般由共轭聚合物给体和富勒烯衍生物受体的共混膜(即活性层)夹在透明正极和金属负极之间所组成。在制备太阳能电池过程中，聚合物太阳能电池薄膜一般都需要进行热处理或者气氛处理优化活性层的微观形貌从而获得更优的器件性能，但是由于热处理和气氛处理条件的窗口太小，使得薄膜优化时很容易超过这个窗口，导致活性层中的受体小分子材料过度聚集进而导致器件性能的急剧降低。另外，在聚合物太阳能电池的实际应用中，长期的光辐射也会产生热量，这些热量也会使得活性层中的受体材料进一步聚集而导致器件性能下降。

现有技术中，可以通过采用添加无定型富勒烯作为电子受体来解决。这种方法虽然在一定的程度上抑制了受体材料的聚集或结晶，但是所需要的合成步骤耗时繁琐，纯化步骤冗长复杂。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中由于聚合物太阳能电池活性层在热处理、气氛处理或者使用过程中，薄膜形貌容易恶化，出现大尺度的聚集或结晶，导致聚合物太阳能电池稳定性差的技术问题，提供一种聚合物太阳能电池活性层墨液、高稳定性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活性层墨液，包括给体材料、受体材料和有机溶剂和卟啉化合物，所述卟啉化合物为金属卟啉化合物、原卟啉或异卟啉中的一种或多种；所述卟啉化合物的物质的量是受体材料物质的量的0.5%-32%。

优选的是，所述给体材料为聚3-烷基噻吩(P3HT)、PCDTBT、PBDTTT-C-T中的一种或多种。

优选的是，所述受体材料为PC₆₁BM、PC₇₁BM、IC₆₀MA、NC₆₀BA、IC₆₀BA、IC₇₀BA、NC₆₀MA中的一种或多种。

优选的是，所述金属卟啉化合物为BL1、BL2、BL3、BL4中的一种或多种，BL1、BL2、BL3及BL4的结构式分别如下：

优选的是，所述卟啉化合物的物质的量是受体材料物质的量的2%-16%，更优选的是4-8%。

本发明还提供上述聚合物太阳能电池活性层墨液的制备方法：将卟啉化合物、受体材料和给体材料溶解在有机溶剂中，混合均匀，得到活性层墨液。

本发明还提供一种高稳定性聚合物太阳能电池，从上至下依次包括阴极、电子传输层、活性层、空穴传输层、阳极和衬底，所述活性层包括给体材料、受体材料和卟啉化合物，所述卟啉化合物为金属卟啉化合物、原卟啉或异卟啉中的一种或多种；所述卟啉化合物的物质的量是受体材料物质的量的0.5%-32%。

本发明还提供上述高稳定性聚合物太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、在衬底上蒸镀阳极；

步骤二、在阳极上旋涂或喷涂空穴传输层；

步骤三、采用活性层墨液在空穴传输层上旋涂或喷涂活性层；

步骤四、在活性层上蒸镀电子传输层；

步骤五、在电子传输层上蒸镀阴极；

在步骤三前的任意步骤，还包括，制备活性层墨液：将卟啉化合物、受体材料和给体材料溶解在有机溶剂中，混合均匀，得到活性层墨液；所述卟啉化合物为金属卟啉化合物、原卟啉或异卟啉中的一种或多种，所述活性层溶液中，卟啉化合物的物质的量是受体材料物质的量的0.5%-32%。

优选的是，所述步骤三和步骤四之间，还包括，将活性层进行热处理或气氛处理。

本发明的有益效果：

(1)本发明在现有活性层墨液中加入卟啉化合物，通过卟啉分子与富勒烯分子间存在π-π相互作用力及范德华作用力，使富勒烯分子不能快速地运动迁移聚集到一块形成大尺度的聚集，所以能够减缓甚至抑制受体材料在热处理或气氛处理过程中的聚集，进而降低太阳能电池活性层对热和气氛的敏感性，提高太阳能电池的稳定性；

(2)本发明的高稳定性聚合物太阳能电池制备方法普适性广，且制备方法简单方便，成本低，经济效益高；