[发明专利]以上转换材料掺杂活性层的有机光伏电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的KLaF₄:Yb³⁺,Er³⁺上转化材料掺杂的P3HT:PCBM聚合物作为活性层的有机太阳能电池及其制备方法，属于有机太阳能电池的活性层改进领域。

背景技术

随着社会的不断发展与进步，对于能源的依赖不断的加大，能源可循环利用一直是全球关注的焦点。世界各国都在开发研究绿色环保的可再生新能源。相比于石油，煤炭等其他存在地球上有限的资源，太阳能的开发和利用是人类解决能源危机的有效途径之一，并且受到了全世界研究学者的大力关注和研究。太阳能在航天事业、国防科技、普通居民照明等众多领域都有着非常重大的应用。并且在新世纪世界各国对于能源消耗如此快速的情况下，太阳能由于其环保、可再生、可持续等诸多优点而成为焦点。太阳能电池根据所用材料的不同，可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池。其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。但硅的提纯对环境是一个重污染过程，与人们所追求的环保能源相违背，并且成本价格高，需要大幅度降价是一个很难解决的困难。

有机聚合物太阳能电池由于有机材料轻便，易加工，保护环境，材料来源广泛，成本低廉等优势近几年成为全世界学者研究的对象，而得以快速的发展。对于有效利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义，因此成为当今可再生能源中最有前途的一种。

传统的正置结构有机太阳能电池由于器件结构简单，制备工艺简单等优点成为世界研究学者一时关注的焦点，但是其不足在于：在空气中的稳定性差，易被空气氧化等；为了解决这一问题研究学者开发了倒置结构的有机太阳能电池，对于提高电池稳定性以及电池效率都取得了很大的突破。单纯的有机聚合物制备的电池活性层由于受自身材料性能的限制，因此制备的太阳能电池效率也受到了限制。

目前，国内外研究学者认为，有机聚合物应用于太阳能电池中较为理想的倒置结构于材料使用是：ITO导电玻璃/TiO₂/P3HT:PCBM/MoO₃/Al；其中：ITO是掺锡的氧化铟，作为电池的阳极。TiO₂作为电子传输层，MoO₃作为空穴传输层。由P3HT（聚3-已基噻吩）组成的网构成电子施主，由PCBM（C60衍生物）组成的网构成了电子受体和电子传输层，P3HT和PCBM组成的混合溶液作为光敏层。Al是阴极。

由于单纯的P3HT:PCBM活性层制得的电池光电转化效率有限。因此研究人员想到了利用上转化材料掺杂活性层来提高电池的转换效率，通过上转换材料吸收太阳光谱中的近红外光，然后转化成活性层可以吸收的可见光，提高太阳光的利用效率。用上转化材料掺杂活性层的应用在有机太阳能电池有过报道，其中journalofmaterialschemistry期刊上报道(FanxuMeng,ShuangLiu,YongfanWang,ChenTao,PengXu,WenbinGuo,LiangShen,Open-circurtvoltageenhancementofinvertedpolymerbulkheterojunctionsolarcellsbydopingNaYF4nanopariticles/PVPcomposites.JournalofMaterialsChemistry.2012;22:22382.)中，作者使用NaYF₄掺杂活性层后所制备的电池效率得到了提高。但是，目前大量的研究人员都仅限于对NaYF₄材料的研究，而其同类材料KLaF₄在有机太阳能电池中的应用目前还处于空白状态。KLaF₄作为典型的AREF₄氟化物(A为碱金属元素，RE为稀土元素)，和其他基质材料相比，KLaF₄具有更低的声子能量，由此经无辐射弛豫损失的能量也会更少，得到的上转换效率也更高，用来掺杂活性层后，有机太阳能电池的转化效率可有效地提高。

发明内容

针对上述上转化材料掺杂活性层对于电池效率提高的现状，本发明所要解决的问题是提供一种以KLaF₄:Yb³⁺,Er³⁺新型材料掺杂P3HT:PCBM为活性层的有机光伏电池及其制备方法，得到的光伏电池成本低廉、稳定、耐腐蚀性较好，保护环境，易于大面积生产。

本发明提供的技术方案是：