[发明专利]碳骨架包覆的高稳定性有机薄膜太阳能电池的制备方法

摘要

本发明公开了一种碳骨架包覆的高稳定性有机薄膜太阳能电池及其制备方法，该太阳能电池采用反型结构，包括衬底(1)，透明导电阴极ITO(2)，石墨烯阴极骨架层(3)，阴极缓冲层(4)，光活性层(5)，阳极缓冲层(6)，氧化石墨烯阳极骨架层（7），金属阳极(8)。在缓冲层与电极之间添加石墨烯和氧化石墨烯骨架层，能有效地增加改善缓冲层与电极的欧姆接触，降低了器件串联电阻，提高了载流子传输效率，并且大大增加了器件的抗水氧侵蚀性能，在提高了器件的光电转换效率的同时，增强了器件的稳定性。 1

主权项

1.一种碳骨架包覆的高稳定性有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，

该太阳能电池采用反型结构，从下到上依次制备为：衬底，透明导电阴极ITO，石墨烯阴极骨架层，阴极缓冲层，光活性层，阳极缓冲层，氧化石墨烯阳极骨架层，金属阳极；

其中各器件制备过程包括以下步骤：

（1）对由透明衬底及透明导电阴极ITO所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；

（2）在透明导电阴极ITO表面喷涂氧化石墨烯分散液，再通过高温热还原反应还原为氧化石墨烯阴极骨架层，其反应温度为120～240℃，反应时间为20～90分钟；

（3）在石墨烯阴极骨架层上采用旋涂或喷涂或真空蒸镀方式制备阴极缓冲层；

（4）在阴极缓冲层上采用旋涂或喷涂或自组装或喷墨打印或丝网印刷的方式制备PTB7:PCBM光活性层；

（5）在活性层上旋涂PEDOT:PSS或蒸镀MoO₃作为阳极缓冲层；

（6）在阳极缓冲层上喷涂氧化石墨烯分散液，制备得到氧化石墨烯阳极极骨架层；

（7）在阳极缓冲层上蒸镀金属阳极。

2.根据权利要求1所述的一种碳骨架包覆的高稳定性有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述石墨烯阴极骨架层及氧化石墨烯阳极骨架层厚度范围为10～50 nm。

3.根据权利要求1所述的一种碳骨架包覆的高稳定性有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述阴极缓冲层材料为TPBi、BCP、Bphen、Alq₃、ZnO或TiO₂的一种或多种，厚度范围为1～20nm。

4.根据权利要求1所述的一种碳骨架包覆的高稳定性有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述光活性层由电子给体材料PTB7与电子受体材料PCBM的混合溶液制备而成，厚度范围为80～100 nm；所述混合溶液中PTB7和PCBM的质量百分比为1:2～2:1。

5.根据权利要求1所述的一种碳骨架包覆的高稳定性有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述阳极缓冲层材料为PEDOT:PSS或MoO₃，厚度范围为5～20 nm。

6.根据权利要求1所述的一种碳骨架包覆的高稳定性有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述金属阳极材料为Ag、Al或Cu中的一种或多种，薄层厚度范围为100～200 nm。

7.根据权利要求1所述的一种碳骨架包覆的高稳定性有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述衬底材料为玻璃或透明聚合物，所述透明聚合物材料为聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂或聚丙烯酸的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的一种碳骨架包覆的高稳定性有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的氧化石墨烯分散液的组成为：氧化石墨烯水分散液15 %～30 %,浓度为2mg/ml，甲醇15 %～60 %，乙醇10%～70 %。

9.根据权利要求1所述的一种碳骨架包覆的高稳定性有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，光活性层采用质量百分比为1:2～2:1的PTB7和PCBM构成的混合溶液来制备，混合溶液的浓度为5～10 mg/ml。