一种聚合物太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚合物太阳能电池及其制备方法。本发明专利技术所提供的聚合物太阳能电池，包括：两两依次相连接的衬底、阳极层、阳极修饰层、光电活性层、阴极修饰层和阴极层，其中，阴极修饰层为二烷氧基双（乙酰丙酮）合钛膜。本发明专利技术应用二异丙氧基双（乙酰丙酮）合钛作为阴极修饰层材料，将其引入聚合物太阳能电池中，增加了太阳能电池的光电转换效率；并且，与现有以氟化锂为阴极修饰层材料的电池相比，本发明专利技术也具有工艺简单，成本低廉，实验重现性好等特点。而且，采用非常简单的旋转涂膜等方式即可将二异丙氧基双（乙酰丙酮）合钛涂膜于光电活性层上，制备过程简单，厚度容易控制，并对下层的光电活性层没有任何破坏，适合于大规模工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。技术背景随着近年来能源危机和环境污染的逐渐加剧，对可再生能源的需求也越来越大。 作为一种清洁的可再生能源，太阳能电池的研究和应用在过去的几十年中取得了巨大 的发展。有机/聚合物太阳能电池由于具有制备工艺简单、重量轻、造价低廉、容易制备大面积柔性器件等优点而得到广泛的关注(l: Tang， C. W. Appl.Phys. Lett.， 1986， 48， 183. 2: Brabec, C. J.; Sariciftci, N. S.; Hummelen, J. C. Adv. Funct. Mater. 2001， 11， 15)。在过去的几年中，越来越多的研究工作集中在改善有机/聚合物太阳能电池在 阴、阳两极电荷的收集效率上(1: Hasobe， T.; Imahori， H.; Kamat, P. V.; Fuk腿mi, S, J. Am. Chem. Soc. 2003,125, 14962, 2: Zhang, F. L.; Gadisa， A.; Inganas， O. Appl. Phys. Lett. 2004， 84， 3卯6. 3:Tets手，T.; Masayuki， C.; Yuji, Y. Kazuhiro, S.; Kiyoshi， Y. Appl. Phys. Lett. 2004, 85, 1832. 4: Shrotriya, V.; Li, G.; Yao, Y,; Chu, C. W.; Yang, Y. A卯l. Phys. Lett. 2006, 88, 073508. 5: Brabec， C. J.; Shaheen， S. E.; Winder, C.; Sariciftci, S.; Denk， P. Appl. Phys. Lett. 2002, 80, 1288. 5: Kim, J. Y.; Kim, S. H.; Lee, H. H.; Lee, K. Ma， W.; Gong, X.; Heeger， A. J. Adv. Mater. 2006, 18， 572.)。如图1，有机/聚合物太阳能电池 主要包含两两依次连接的衬底1 (常用材料为玻璃或聚酯薄膜等)，高功函透明阳 极2 (常用材料为IT0，金膜等)，阳极修饰层3 (常用材料为聚乙撑二氧噻吩(PEDOT): 聚苯乙烯磺酸钠(PSS)的复合膜等)，光电活性层4(有机/聚合物给体/受体复合层)， 阴极修饰层5以及阴极层6等，电池以金属导线8与负载或测试装置7连接，入射光 9从衬底1方向射入。在光电活性层4中，含有电子给体材料和电子受体材料，常用 电子给体材料可选自聚(对亚苯基亚乙烯)类、聚(亚芳基亚乙烯基)类、聚(对 亚苯基)类、聚(亚芳基)类、聚噻吩类、聚喹啉类、卟啉类、酞菁类等；电子受体 材料可选自富勒烯及其衍生物、茈及其衍生物、萘及其衍生物、醌类以及III一V族和 II一VI族半导体纳米晶等。阴极层6包括具有较低功函数的碱金属、碱土金属或含有 铝、银或铜的覆盖物。目前，常用阴极修饰层5材料是氟化锂，通过修饰后，器件性 能得到明显提高，但其机理仍然不是很清楚，目前的解释主要有1)氟化锂与铝相互作用生成低功函的锂，从而减小界面的势垒；2)引入氟化锂可以有效的阻挡蒸镀 的金属原子对活性层的掺杂，从而提高器件的稳定性。但是，由于器件的性能与氟化锂的厚度有很大的依耐性，要得到理想的性能必须将厚度控制在5 15埃之间，这对 工艺要求很高，很难准确控制，也不利于大规模工业生产。二异丙氧基双(乙酰丙酮)合钛是淡红色透明液体，其结构如式I所示，相对分 子量或原子量为364.31;密度为1.01克/毫升；熔点为l(TC; 25。C时的粘度为10.0 raPa，s。该材料溶于异丙醇，也溶于苯、甲苯和氯仿，有水存在时能水解，水解时分 解出两摩尔醇。在空气中干燥，则脱水变成不溶性羟基化合物。对该材料加热，可变 成具有螯合性能的化合物。该材料主要用作涂料、油墨、清漆等的改性剂；固化促进剂、表面处理剂的增粘剂等。本专利技术的目的是提供。本专利技术所提供的聚合物太阳能电池，包括两两依次相连接的衬底、阳极层、阳 极修饰层、光电活性层、阴极修饰层和阴极层，其中，阴极修饰层为二垸氧基双(乙 酰丙酮)合钛膜。在本专利技术中，二烷氧基双(乙酰丙酮)合钛膜的厚度优选为5 — 500A。其中，本专利技术太阳能电池的衬底可选用玻璃或聚酯薄膜；阳极层为ITO或金膜；所述阳极修饰层为聚乙撑二氧噻吩聚苯乙烯磺酸钠的复合膜;所述光电活性层为PPV 衍生物与PCBM的复合膜；所述阴极为碱金属、碱土金属或含有铝、银或铜的覆盖物。聚合物太阳能电池的制备方法，包括如下步骤1) 在衬底上依次连续制备阳极层、阳极修饰层和光电活性层；2)在光电活性层上旋涂上二烷氧基双(乙酰丙酮)合钛溶液，真空干燥，得到
技术实现思路
阴极修饰层；3)在阴极修饰层上制备阴极层，得到所述聚合物太阳能电池。其中，可用的二烷氧基双(乙酰丙酮)合钛溶液的溶剂为既能溶解二烷氧基双(乙 酰丙酮)合钛，又不与下层的光电活性层发生作用，常用的有异丙醇、异辛醇、乙醇、 乙酸乙酯、石油醚；优选为异丙醇、异辛醇、乙醇。在制备过程中，主要利用旋涂的转速来控制二烷氧基双(乙酰丙酮)合钛膜的厚 度，转速越快膜厚度越薄；转速越慢，膜厚度越大；旋涂时的转速为1000卬m—5000rpm。 真空干燥的温度为室温一25(TC，时间为5分钟到48小时。本专利技术应用二异丙氧基双(乙酰丙酮)合钛作为阴极修饰层材料，将其引入聚合 物太阳能电池中，与未带阴极修饰的聚合物太阳能电池相比，不仅提高了本专利技术聚合 物太阳能电池开路电压，增大短路电流，同时也提高了填充因子，进而增加了太阳能 电池的光电转换效率；并且，与现有以氟化锂为阴极修饰层材料的电池相比，本专利技术 也具有工艺简单，成本低廉，实验重现性好等特点。而且，采用非常简单的旋转涂膜 等方式即可将二异丙氧基双(乙酰丙酮)合钛涂膜于光电活性层上，制备过程简单， 厚度容易控制，并对下层的光电活性层没有任何破坏，适合于大规模工业化生产。附图说明图1为聚合物太阳能电池的结构示意图；图2为未经阴极修饰的聚合物太阳能电池(IT0/PED0T:PSS/MEH-PPV+PCBM/A1) 的暗电流和光电流曲线；图3为未经修饰和在1000 rpm旋转涂膜制得阴极修饰材料并在80'C真空干燥处 理30分钟得到的聚合物太阳能电池的电流一电压曲线；图4为未经修饰和在4000 rpm旋转涂膜制得阴极修饰材料并在80。C真空干燥处 理30分钟得到的聚合物太阳能电池的电流一 电压曲线；图5为未经修饰和在3000 rpm旋转涂膜制得阴极修饰材料并在ll(TC真空干燥处 理30分钟得到的聚合物太阳能电池的电流一电压曲线；图6为未经修饰和在2500 rpm旋转涂膜制得阴极修饰材料并在5(TC真空干燥处 理30分钟得到的聚合物太阳能电池的电流一电压曲线。具体实施方式实施例l (对比例)、未带阴极修饰层的太阳能电池的制备 将溅射有ITO (阳极)的透明导电玻璃依次用洗洁净、去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗，然后用臭氧处理基片表面，再旋转涂上30纳米厚的PEDOT:PSS作为阳极 修饰薄膜，150t干本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物太阳能电池，包括：两两依次相连接的衬底、阳极层、阳极修饰层、光电活性层、阴极修饰层和阴极层，其特征在于：所述阴极修饰层为二烷氧基双（乙酰丙酮）合钛膜。

【技术特征摘要】
1、 一种聚合物太阳能电池，包括两两依次相连接的衬底、阳极层、阳极修饰 层、光电活性层、阴极修饰层和阴极层，其特征在于所述阴极修饰层为二烷氧基双(乙酰丙酮)合钛膜。2、 根据权利要求l所述的聚合物太阳能电池，其特征在于所述二垸氧基双(乙 酰丙酮)合钛膜的厚度为5 — 500A。3、 根据权利要求1或2所述的聚合物太阳能电池，其特征在于所述衬底为玻 璃或聚酯薄膜；所述阳极层为ITO或金膜；所述阳极修饰层为聚乙撑二氧噻吩聚苯 乙烯磺酸钠的复合膜；所述光电活性层为PPV衍生物与PCBM的复合膜；所述阴极为碱金属、碱土金属或含有铝、银或铜的覆盖物。4、 权利要求l所述聚合物太阳能电池的制备方法，包括如下步骤1) 在衬底上依次连续制备阳极层、阳极修饰层和光电活性层；2) 在光电活性层上旋涂上二烷氧基双(乙酰丙酮)合钛溶液，真空干燥，得到 阴极修饰层；3) 在阴极修饰层上制备阴...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭占鳌，杨春和，李永舫，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]