[发明专利]一种聚合物太阳能电池的活性层制备方法

说明书

本发明涉及一种聚合物太阳能电池的活性层制备方法，所述制备方法为给体材料、受体材料以及助剂溶解在有机溶剂中制备成活性层溶液，然后将活性层溶液通过旋涂在衬底材料上制备活性层薄膜，旋涂分三次，最后将带有活性层薄膜的衬底材料退火，放置在密封容器中避光储存。本发明采用连续三次调节旋涂机转速时间的方法：低速短时间制备薄膜一，中速长时间制备薄膜二，高速长时间制备薄膜三，不但能够克服因衬底表面的不均匀造成的活性层薄膜不均匀，提高活性层与衬底的附着力，而且能够保证聚合物电池所需活性层厚度，确保有效的光吸收。避免了单次旋涂活性层薄膜容易出现的散射状分布、与衬底之间附着力差的问题。

技术领域

本发明涉及属于新能源中的太阳能电池技术领域，特别是一种提高活性层与衬底附着力，活性层薄膜均匀的聚合物太阳能电池的活性层制备方法。

背景技术

当今社会，经济的迅猛发展带来了诸如能源危机和全球变暖等严峻问题，可再生清洁能源的发展与利用已经受到全世界的广泛关注。区别于煤、石油、天然气等传统能源，太阳能时一种绿色、清洁、可再生能源，取之不尽用之不竭，有潜力成为供给中的重要组成部分。太阳能电池作为一种光电转换器件，其研究与应用已经受到越来越多的重视。与成本高昂的硅基太阳能电池相比，聚合物太阳能电池采用有机半导体材料作为光活性层，具有成本低廉、光吸收系数高、质地轻，柔韧性好，制造工艺简单等特点。由于有机材料中载流子扩散长度短，活性层较薄，对入射光的吸收并不充分。在有限的吸收层厚度下实现对光谱的充分吸收成为提高有机电池效率需要迫切解决的问题。在有机聚合物电池当中引入陷光结构，通过对入射光的反射、折射、散射以及光场强度分布的有效调制，可实现活性层对光的充分吸收，提升电池的能量转换效率。

具有陷光结构的衬底，表面具备一定的粗糙度。在此基础上沉积活性层薄膜，实际制备过程中存在难以涂匀，与衬底之间附着力差，易出现散射状纹样，易出现孔洞气泡等一系列问题。活性层与衬底接触质量差，不仅造成载流子复合，而且会形成漏电通道，使得有机太阳能电池效率难以提升。太阳能电池中活性层是光吸收最关键最重要的部分，活性层的制备技术直接影响到电池性能。因此，制备过程中首先保证活性层具备一定的厚度，其次需要活性层与衬底完美附着，紧密接触，不留空隙。

发明内容

本发明的目的在于是为了解决现有有机聚合物电池中活性层在粗糙衬底表面制备时，易出现的涂膜分布不均，与衬底之间接触质量差的缺陷而提供一种提高活性层与衬底附着力，活性层薄膜均匀的聚合物太阳能电池的活性层制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种聚合物太阳能电池的活性层制备方法，所述制备方法为给体材料、受体材料以及助剂溶解在有机溶剂中制备成活性层溶液，然后将活性层溶液通过旋涂在衬底材料上制备活性层薄膜，旋涂分三次，最后将带有活性层薄膜的衬底材料退火，放置在密封容器中避光储存。在本技术方案中，采用连续三次调节旋涂机转速时间的方法：低速短时间制备薄膜一，中速长时间制备薄膜二，高速长时间制备薄膜三，不但能够克服因衬底表面的不均匀造成的活性层薄膜不均匀，提高活性层与衬底的附着力，而且能够保证聚合物电池所需活性层厚度，确保有效的光吸收。避免了单次旋涂活性层薄膜容易出现的散射状分布、与衬底之间附着力差的问题。

作为优选，所述给体材料为聚对苯撑乙烯(PPV)衍生物、聚噻吩(PT)类衍生物或PTB7；所述受体材料为富勒烯C60或富勒烯C60衍生物；助剂为质量比为5:1:2的乙酰丙酮铱、石墨烯与氧化铌的组合物。在本技术方案中，聚对苯撑乙烯(PPV)衍生物，如MDMO-PPV和MEH-PPV；聚噻吩(PT)类衍生物，如己基取代聚噻吩 (Poly(3-hexylthiphene), P3HT；噻吩并噻吩基苯并二噻吩类聚合物，如PTB7等；

受体材料：富勒烯C60及其衍生物，如C60，PCBM（[6, 6]-phenyl C61 butyric acidmethyl ester），PC61BM, PC71BM等。