[发明专利]用8-羟基喹啉钛作电子传输层的聚合物太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种基于8‑羟基喹啉钛可溶液加工的聚合物太阳能电池及其制备方法。所述的太阳电池采用8‑羟基喹啉钛作为阴极修饰层。本发明将8‑羟基喹啉钛引入聚合物太阳电池中选择性地传输电子，阻挡空穴，与活性层之间可形成欧姆接触，使器件的短路电流达到最优值，电池的能量转换效率也得到提高，且8‑羟基喹啉钛具有可溶液加工特性，易于制备成聚合物太阳电池的阴极修饰层，且在聚合物太阳电池中表现出优异性能。本发明涉及的聚合物太阳电池，具有成本低廉，工艺简单，实验重复性好等优点。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种用8-羟基喹啉钛作电子传输层的聚合物太阳能电池及其制备方法。

背景技术

聚合物太阳电池因其成本低廉，质量轻，易于大面积制造等优点受到广泛关注。基于正向结构的太阳能电池，因其器件结构简单，近年来得到了极大的发展。目前正向结构的太阳能电池效率已由最初的不足1％发展到13％。

正向结构的太阳能电池常用的阴极修饰层材料是Ca,Mg,LiF或者PFN高分子材料，其中Ca,Mg和LiF采用真空热蒸镀制备，耗能较高。而PFN高分子材料的制备流程复杂，合成周期较长，会造成制备成本的增加。因此，采用制备工艺简单，价格低廉，可溶液加工的阴极修饰层能够同时解决以上两个问题。采用溶液加工方法制备8羟基喹啉钛阴极修饰层，温度始终低于150℃，工艺简单，适合工业化生产。

发明内容

针对现有阴极修饰层高成本和加工工艺复杂的缺点，本发明提供了一种工艺简单，成本低廉，基于8-羟基喹啉钛阴极修饰层的可溶液低温加工的聚合物太阳能电池及其制备方法。

一种基于8-羟基喹啉类金属配合物的可溶液加工的聚合物太阳能电池及其制备方法，所述8-羟基喹啉类金属配合物为8-羟基喹啉钛，所述聚合物太阳电池中衬底、透明导电金属氧化物阳极层、阳极修饰层、共混活性层、阴极修饰层和阴极层顺次相连，所述的阴极修饰层即8-羟基喹啉钛作阴极修饰层。在透明导电金属氧化物阳极层的一端沉积有金属导线，金属导线连接负载或者测试装置的一端，阴极层连接负载或者测试装置的另一端。入射光从衬底方向射入。PEDOT:PSS主要作用为阳极修饰层吸收空穴，阻挡电子；活性层主要作用是吸收光子，并将其转变成激子，使激子在给受体界面处分离成电子和空穴；阴极修饰层的作用是输运电子；金属电极作用是收集电子。

一种基于8-羟基喹啉类金属配合物的可溶液加工的聚合物太阳能电池的制备方法，其具体步骤如下：

a.透明导电金属氧化物阳极层的制备：在玻璃或聚酯薄膜的衬底(1)上溅射金属氧化物制备透明导电金属氧化物阳极层(2)；

b.阳极修饰层的制备：在经紫外-臭氧表面处理设备处理后的透明导电金属氧化物阳极(2)上旋涂PEDOT:PSS(聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸))溶液，涂膜厚度为10～50nm，经热退火，得到阳极修饰层(3)；

c.共混活性层的制备，共混活性层材料为共轭电子给体材料和受体材料的共混溶液，经过旋涂成膜。

d.阴极修饰层的制备：将8羟基喹啉钛的醇溶液旋涂在共混活性层上面，经过退火，得到阴极修饰层。

e阴极层的制备：在阴极修饰层上真空蒸镀一层金属Al，得到阴极层，其厚度为100nm。

所述步骤c中共混活性层的制备，共混活性层材料为共轭电子给体材料和受体材料的共混溶液，将共轭电子给体材料和电子受体材料按照1:1～1:2的质量比，溶剂为氯苯，邻二氯苯，间二氯苯，对二氯苯，氯仿中的一种或多种，浓度为10-30mg/mL共混制备成溶液，将所得溶液旋涂在阳极修饰层上，经过80-150℃进行5-30min的退火，所得到的共混活性层的厚度为60-200nm。