一种聚合物太阳能电池的制备方法技术

本发明专利技术属于一种聚合物太阳能电池的制备方法。通过混合溶剂的方法大大提高了Ｐ３ＨＴ在Ｐ３ＨＴ与Ｃ↓［６０］富勒烯或其衍生物ＰＣＢＭ共混薄膜中的结晶度，并且共混薄膜中Ｐ３ＨＴ的长达微米级的晶须均匀分散于整个薄膜，相分离尺度均在纳米数量级。利用本方法所制得的未经任何后处理的聚合物太阳能电池转换效率达到了３．９％，而通过热退火处理仅得到３．７％的转换效率，表明了通过本方法可以“一步”实现高性能“免退火”聚合物太阳能电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，具体涉及一种通 过免退火方式制备基于聚噻吩/富勒烯及其衍生物共混薄膜的聚合物 太阳能电池的方法。
技术介绍
聚合物太阳能电池由于其廉价、柔性、大面积等优点成为近年来清洁、可再生能源研究领域的一个热点。在基于可溶性聚噻吩(P3HT)/ 富勒烯及其衍生物共混薄膜的聚合物太阳能电池中，构建高结晶性的 聚噻吩往往能使电池的效率有大幅度的提高(A/vacW F朋rf/oa/ Afo^7/s 2003, 13, 85; Atowre A^rteha/s 2005, 4, 864)。传统上，往往 采用后退火处理的方法来提高器件中聚噻吩的结晶度。但这种方法容 易导致薄膜中共混组分之间产生大尺度(微米级以上)的相分离，不利于器件性能的提高。另外，较高温度下(>ioo°c)热退火时，存在聚噻吩氧化、降解的风险，可能使得电池失效。在基于非晶共轭聚合 物/富勒烯的聚合物太阳能电池中，利用混合溶剂的方法调控共混薄膜的形貌可以大幅提高电池的效率(Atow A勿^7力/s 2007, 6, 497)。 由于P3HT的可结晶性，通过混合溶剂调控其在共混薄膜中的结晶性 能比较复杂和困难，故利用混合溶剂的方法来提高P3HT/富勒烯及其衍生物聚合物太阳能电池器件效率的例子尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供。通过在溶液中构建有序聚集体来提高聚(3-己基)噻吩(P3HT)在与C60 及其衍生物[6,6]-C6r苯基丁酸甲酯(PCBM)共混薄膜中的结晶度。本方法所制备的聚合物太阳能电池用P3HT/PCBM和P3HT/C60 共混薄膜无需通过后热退火处理或者溶剂退火处理即实现了高P3HT 结晶度，所形成的P3HT晶须均匀分散在薄膜中并与PCBM或者C60 形成互穿网络结构，复合材料相分离尺度在纳米级，在白光照射下其 光电转换效率与热退火条件下所得器件的转换效率相当。因而该方法 一步实现了高性能免退火的太阳能电池器件，大大简化了聚 合物太阳能电池的加工工序，并且消除了器件中其它组分氧化、降解 的风险。的步骤与条件如下 室温下，将P3HT在搅拌条件下溶于良溶剂邻二氯苯(ODCB)、 三氯甲烷(CF)或氯苯(CB)中，优选邻二氯苯(ODCB)溶剂， 配成5 10毫克/毫升的溶液；然后往上述所得的溶液中分5-15次缓慢 滴加不良溶剂，每次不良溶剂的加入量与良溶剂的体积比为0.02:1 一0丄1，不良溶剂为正己烷、环己烷、酒精或者丙酮，不良溶剂的添 加总量为0.2 1毫升不良溶剂/毫升良溶剂，每次滴加完不良溶剂以后 让溶液在100 500 rpm搅拌速度下，搅拌10—60分钟，以便使溶液 中的P3HT达到溶解平衡，当加完最后一次不良溶剂以后，让溶液在100~500 rpm的搅拌速度下于黑暗处进行6-24小时，再往溶液中加入 相当于质量为0.5^2倍溶液中所溶P3HT量的C6o或其衍生物PCBM， 并在200 1000 rpm的搅拌速度下搅拌2-16小时，配成P3HT:PCBM 或P3HT:C6。质量比为1:2 2:1的混合溶液，最后将所得溶液用旋转甩 膜机进行旋涂制膜，蒸镀电极后得到一种聚合物太阳能电池。如图lb所示，本专利技术所制备得到的P3HT/PCBM共混薄膜中长 达几微米的P3HT晶须均匀分布在整个薄膜中，与图la从ODCB溶 液中得到的P3HT的短棒状晶体形成鲜明的对照。其次，通过对比插 入在图片中的归属于P3HT (020)晶面的外环电子衍射强度，可以得 出结论通过本专利技术所介绍的方法制备的P3HT/PCBM共混薄膜中 P3HT的结晶度要比以单纯ODCB作为溶剂所制得的共混薄膜中的要 高得多。再次，图lb中的相分离尺度在纳米数量级，P3HT所形成的 微米级长度的晶须与PCBM基质构筑成互穿网络，这为激子的分离 提供了巨大的界面，并为载流子的传输提供了连续路径，减少了传输 过程中载流子的损失，有利于提高太阳能电池的效率。应用本专利技术的方法所制备的聚合物太阳能电池，在未经任何后处 理的条件下，其转换效率达到了 3.9%，比通过单纯以ODCB作为溶 剂制备的经过热退火处理的器件中得到的3.7%效率还要高，见图4， 详细比较见表l。另外，系列器件研究表明利用本专利技术所述方法制 备的未经任何后处理器件的平均效率为3.3%，这比通过后热退火处 理中得到的3.1%平均效率要高，实现了 一步法制备高性能免 退火聚合物太阳能电池。表l.利用不同方法制备得到的聚合物太阳能电池的性能比较(经Schott KG1和 GG385滤光片滤光后波长范围为400-900nm，最大发射功率在650nm的<table>table see original document page 6</column></row><table>附图说明图1是P3HT/PCBM质量比为1:1的共混薄膜的透射电子显微镜 图片。应用本专利技术方法所制备得到的共混薄膜(图lb) P3HT晶须长 达微米数量级，且分布均匀，没有大尺度的相分离出现。同时，通过 比较两者的原位电子衍射强度，可以发现图lb中归属于P3HT的(020)晶面的外銜射环明显强于单纯以ODCB作为溶剂制备得到的 共混薄膜中P3HT的衍射环，这表明了通过在溶液中构建有序聚集体 的方法可以有效地提高P3HT在P3HT/PCBM共混薄膜中的结晶度。 图2为P3HT/PCBM质量比为1:1的共混薄膜的X射线衍射图，(1:单纯以ODCB作为溶剂制得的P3HT/PCBM共混薄膜；2: 从纯ODCB溶剂中制得的在12(TC条件下退火30分钟的P3HT/PCBM 共混薄膜；3:利用本专利技术制备的未经任何后处理的新制P3HT/PCBM 共混薄膜)它从大范围表明利用在溶液中构建有序聚集体的方法可以 使P3HT在共混薄膜中的结晶度与经过热退火处理的单纯以ODCB 作为溶剂制备得到的共混薄膜中P3HT的结晶度相仿。图3是P3HT/PCBM质量比为1:1的共混薄膜的紫外(UV)-可见光(Vis)吸收图(1:单纯以ODCB作为溶剂制得的P3HT/PCBM 共混薄膜；2:从纯ODCB溶剂中制得的在12(TC条件下退火30分 钟的P3HT/PCBM共混薄膜；3:利用本专利技术制备的未经任何后处理 的新制P3HT/PCBM共混薄膜)，由图可见应用本专利技术制备得到的共 混薄膜在膜厚相当的情况下其光吸收较以ODCB作为溶剂并经退火 处理过的共混薄膜的要高。另外，其吸收曲线在607纳米处(P3HT分 子链间71-71*转变，它的出现表明存在P3HT结晶)的吸收峰更明显， 反映了应用本专利技术以后得到的共混薄膜中P3HT的结晶度以及在长波 段(>600纳米)的吸收都得到了增强。图4为P3HT/PCBM质量比为1:1的聚合物太阳能电池在 40mW/cn^卤钨灯照射条件下空气中测定的,F特性曲线(1:单纯以 ODCB作为溶剂制得的原始器件；2:从纯ODCB溶剂制得的经120 。C退火30分钟的器件；3:利用本专利技术制备的器件)。由图可见，在 填充因子(FF)相当的情况下，由本专利技术所述方法制备的未经任何 后处理的聚合物太阳能电池的短路电流密度要高于由热退火处理器 件中得到的短路电流密度。 具体实施例方式实施例l:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：室温下，将聚（３－己基）噻吩在搅拌条件下溶于良溶剂邻二氯苯、三氯甲烷或氯苯中，配成５～１０毫克／毫升的溶液；然后往上述所得的溶液中分５－１５次缓慢滴加不良溶剂，每次不良溶剂的加入量与良溶剂的体积比为０．０２∶１－０．１∶１，不良溶剂为正己烷、环己烷、酒精或者丙酮，不良溶剂的添加总量为０．２～１毫升不良溶剂／毫升良溶剂。每次滴加完不良溶剂以后让溶液在１００～５００ｒｐｍ搅拌速度下，搅拌１０－６０分钟，以便使溶液中的聚（３－己基）噻吩达到溶解平衡，当加完最后一次不良溶剂以后，让溶液在１００～５００ｒｐｍ的搅拌速度下于黑暗处进行６－２４小时，再往溶液中加入相当于质量为０．５～２倍溶液中所溶聚（３－己基）噻吩量的Ｃ↓［６０］或其衍生物［６，６］－Ｃ↓［６１］－苯基丁酸甲酯，并在２００～１０００ｒｐｍ的搅拌速度下搅拌２－１６小时，配成聚（３－己基）噻吩：［６，６］－Ｃ↓［６１］－苯基丁酸甲酯或聚（３－己基）噻吩：Ｃ↓［６０］质量比为１∶２～２∶１的混合溶液，最后将所得溶液用旋转甩膜机进行旋涂制膜，蒸镀电极后得到一种聚合物太阳能电池。

【技术特征摘要】
1、一种聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下室温下，将聚(3-己基)噻吩在搅拌条件下溶于良溶剂邻二氯苯、三氯甲烷或氯苯中，配成5～10毫克/毫升的溶液；然后往上述所得的溶液中分5-15次缓慢滴加不良溶剂，每次不良溶剂的加入量与良溶剂的体积比为0.02∶1-0.1∶1，不良溶剂为正己烷、环己烷、酒精或者丙酮，不良溶剂的添加总量为0.2～1毫升不良溶剂/毫升良溶剂。每次滴加完不良溶剂以后让溶液在100～500rpm搅拌速度下，搅拌10-60分钟，以便使溶液中的聚(3-己基)噻吩达到溶解平衡，当加完最后一次不良溶剂以...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨小牛，黎立桂，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]