專利名稱：：噴墨打印活性層的柔性聚合物太陽能電池制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一類噴墨打印活性層的柔性聚合物太陽能電池制備方法，屬于有機(jī)聚合物異質(zhì)結(jié)太陽能電池
技術(shù)領(lǐng)域：
。技術(shù)背景有機(jī)聚合物異質(zhì)結(jié)太陽能電池，因其制備簡單、成本低廉、重量輕、可制成柔性器件等突出優(yōu)點(diǎn)近年來受到廣泛重視，而柔性襯底聚合物太陽能電池有著其獨(dú)特而廣泛的應(yīng)用前景，如何提高聚合物太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，達(dá)到柔性化和實(shí)用化要求，是目前柔性襯底聚合物太陽能電池領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問題。作為電子給體和空穴傳輸體的共軛聚合物，聚噻吩類衍生物具有較高的空穴迀移率，并且可以通過簡單的主鏈上的取代反應(yīng)來修飾，低帶隙值使聚合物的吸收可至近紅外區(qū)，與太陽光譜相匹配，是聚合物太陽能電池中被廣泛使用的電子給體材料，其中共軛聚合物/富勒烯太陽能電池近幾年得到了快速發(fā)展。目前在柔性基片上廣泛采用薄膜沉積和旋涂的方式涂布活性層聚合物薄膜P3HT:PCBM,從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的試驗(yàn)器件到真正意義上的大面積地沉積光伏模塊，引入精密可行的加工技術(shù)是必需的。由于其潛在的高容量、低成本的加工優(yōu)勢，在有機(jī)電子技術(shù)中噴墨打印技術(shù)已引起4相當(dāng)?shù)闹匾暋?br/>發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種使用噴墨打印技術(shù)在柔性襯底上實(shí)現(xiàn)聚合物太陽能電池的活性層制備的方法，以期在相對(duì)較低的溫度條件下，用有限的物質(zhì)和低造價(jià)制造有機(jī)太陽能電池。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的這種噴墨打印活性層的柔性聚合物太陽能電池制備方法，其特征包括如下步驟'A、旋涂空穴傳輸層將刻蝕好的帶ITO陽極的導(dǎo)電塑料基片(4)超聲清洗并烘干，用旋涂方法將聚噻吩衍生物摻雜聚苯乙烯磺酸溶液PEDOT:PSS旋涂在基片上，進(jìn)行氧離子處理5分鐘，在80。C下加熱2分鐘，待PEDOT:PSS完全干燥后取出待用；B、打印活性層聚合物薄膜P3HT:PCBM:選用聚噻吩共軛聚合物P3HT作為電子給體，富勒烯衍生物PCBM為電子受體按重量1:1的比例混合，采用噴墨打印的方法在PEDOT:PSS空穴傳輸層之上打印活性層薄膜，薄膜厚度控制在90-180nm;C、在活性層聚合物薄膜之上沉積L1F層采用真空蒸鍍的方法在活性層薄膜上沉積2.0nm的L1F層，真空度在5xl(TPa;D、真空蒸鍍Al電極作為陰極使用掩模板真空蒸鍍Al電極層，厚度為100nm,蒸鍍速度為0.03-0,06nm/s;蒸完A1電極后的器件轉(zhuǎn)移到手套箱中，在80。C熱處理2分鐘，冷卻至室溫后封裝，得到柔性襯底聚合物薄膜太陽能電池。所述噴墨打印活性層的柔性聚合物太陽能電池制備方法，步驟B所述打印活性層聚合物薄膜的混合物P3HT:PCBM預(yù)先與氯苯按1:1的體積比進(jìn)行混合使其分散。所述噴墨打印活性層的柔性聚合物太陽能電池制備方法，步驟B所述打印活性層聚合物薄膜的打印機(jī)針孔噴射采用單液滴滴液(3)方式。所述噴墨打印活性層的柔性聚合物太陽能電池制備方法，步驟B所述打印活性層聚合物薄膜的方法中使用的打印機(jī)臺(tái)面設(shè)置吸附微孔與真空泵連通，基片被吸附在臺(tái)面上。本發(fā)明噴墨打印活性層的柔性聚合物太陽能電池制備方法，提高了薄膜厚度的可控性和平滑性，同吋提高了薄膜的致密性和均勻一致性，對(duì)比試驗(yàn)證明普通采用旋涂方法制備活性層，其光電轉(zhuǎn)換效率為0.51%,而本發(fā)明采用噴墨打印的方法制備活性層所制備的電池器件的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了2.2%,比對(duì)比實(shí)施例提高了三倍多?？梢钥闯?，利用噴墨打印的方法制備活性層，可以大幅提高聚合物太陽能電池的效率和工業(yè)生產(chǎn)效率，器件性能得到明顯的提高。圖1是本發(fā)明噴墨打印方法示意2是圖1打印機(jī)臺(tái)面真空吸附結(jié)構(gòu)示意中1、打印機(jī)2、打印墨盒3、單液滴4、基片5、臺(tái)面6、吸附微孔7、真空泵具體實(shí)施方式本發(fā)明噴墨打印活性層的柔性聚合物太陽能電池制備方法，包括在柔性基片的陽極層上旋涂空穴傳輸層，打印活性層，沉積電子傳輸層和Al電極陰極幾個(gè)步驟組成，創(chuàng)新點(diǎn)是活性層采用噴墨打印方法制備。如圖1、圖2所示活性層采用D1mat1xDMP-2831壓電陶瓷型材料打印機(jī)(美D1mat1x公司)進(jìn)行噴墨打印。聚合物薄膜P3HT:PCBM按重量1:l的比例制成混合溶液，為了防止打印堵塞，這些混合物再與氯苯按1:1的體積進(jìn)行混合使其分散。打印機(jī)針孔噴射的液滴控制是通過墨水腔中的電壓脈沖致動(dòng)器使液滴滴落，采用單液滴滴液方式，活性層薄膜厚度控制在120nm。為了控制打印精確度，防止基片4移動(dòng)，本發(fā)明在打印機(jī)臺(tái)面下方設(shè)置了真空吸附機(jī)構(gòu)，具體技術(shù)方案是打印機(jī)臺(tái)面5上設(shè)置均布的吸附微孔6,臺(tái)面下設(shè)置真空泵7與吸附微孔相連通。下面通過本發(fā)明噴墨打印活性層的柔性聚合物太陽能電池制備方法以及普通旋涂活性層制各的對(duì)比例，詳細(xì)說明本發(fā)明的制備方法和技術(shù)優(yōu)努。實(shí)施例1:A、旋涂空穴傳輸層將刻蝕好的帶ITO陽極的導(dǎo)電塑料基片4超聲清洗并烘干，用旋涂的方法將聚噻吩衍生物擦雜聚苯乙烯磺酸溶液PEDOT:PSS(廠家Aldrlch.LTD)旋涂在其上，轉(zhuǎn)速為2000r/m1n，厚度約為30nm，先用DHX-11A型氧離子)爭化處理器進(jìn)行氧離子處理5分鐘，然后將它們拿到干燥箱中加熱，在80。C的溫度下加熱2分鐘，待PEDOT:PSS完全干燥后取出待用；B、打印活性層聚合物薄膜P3HT:PCBM:選用聚噻吩共軛聚合物P3HT作為電子給體，富勒烯衍生物PCBM為電子受體按重量1:1的比例混合(廠家FosulMaterialLTD)，采用DlmatlxDMP-2831壓電陶瓷型材料打印機(jī)(美D1mat1x公司)進(jìn)行噴墨打印的方法制成的，為了防止打印堵塞，再與氯苯按1:1的體積進(jìn)行混合使其分散。打印機(jī)針孔噴射的液滴控制是通過墨水腔中的電壓脈沖致動(dòng)器使液滴滴落，采用單液滴滴液方式噴墨打印，活性層薄膜厚度控制在120nm;C、在活性層聚合物薄膜之上沉積L1F層將上述樣品放入真空鍍膜機(jī)中，采用真空蒸鍍的方法在活性層薄膜上沉積2.0nm的UF層，真空度在5x10—4Pa;D、真空蒸鍍A]電極作為陰極使用掩模板(器件的有效面積是4x4mm2)，真空蒸鍍A，電極層，厚度為lOOnm,蒸鍍速度為0.03-0.06nm/s;蒸完A，電極后的器件轉(zhuǎn)移到手套箱中，在80。C熱處理2分鐘，冷卻至室溫后封裝，得到柔性襯底聚合物薄膜太陽能電池。實(shí)施例2:希條方法同實(shí)施例l,噴墨打印活性層薄膜厚度控制在160nm。實(shí)施例3:制備方法同實(shí)施例l,噴墨打印活性層薄膜厚度控制在180nm。實(shí)施例4:制備方法同實(shí)施例l，噴墨打印活性層薄膜厚度控制在90nm。對(duì)比實(shí)施例5:A、旋涂空穴傳輸層與實(shí)施例相同；B、旋涂活性層聚合物薄膜P3HT:PCBM活性層聚合物薄膜P3HT:PCBM(廠家Fosu，Material丄TD)是通過對(duì)按重量1:1的比例混合成的，P3HT:PCBM混合物采用旋涂的方法成膜，轉(zhuǎn)速為2000r/mln,活性層薄膜厚度控制在150nm;C、D、與實(shí)施例l相同。對(duì)比實(shí)驗(yàn)在100mW/cnf氙燈照射下測試本方法制備的聚合物太陽能電池的性能，包括開路電壓、短路電流、能量轉(zhuǎn)換效率。表l是對(duì)比實(shí)施例5、實(shí)施例1和實(shí)施例2在100mW/cfif模擬太陽光照射下電池的性能參數(shù)。對(duì)比實(shí)施例5采用旋涂方法制備活性層，其光電轉(zhuǎn)換效率為0.5化，而實(shí)施例1采用噴墨打印的方法制備活性層所制備的電池器件的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了2.2%，比對(duì)比實(shí)施例5提高了三倍多?？梢钥闯?，利用噴墨打印的方法制備活性層，可以大幅提高聚合物太陽能電池的效率。本發(fā)明噴墨打印活性層的柔性聚合物太陽能電池制備方法可用于柔性襯底聚合物太陽能電池的巻對(duì)巻大面積制備。表l100mW/cfrf氣燈照射下電池的性能參數(shù)對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本發(fā)明列舉的實(shí)施例旨在更進(jìn)一步地闡明這種噴墨打印活性層的柔性聚合物太陽能電池制備方法及應(yīng)用方向，而不對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍構(gòu)成任何限制。權(quán)利要求1、噴墨打印活性層的柔性聚合物太陽能電池制備方法，其特征包括如下步驟A、旋涂空穴傳輸層將刻蝕好的帶ITO陽極的導(dǎo)電塑料基片(4)超聲清洗并烘干，用旋涂方法將聚噻吩衍生物摻雜聚苯乙烯磺酸溶液PEDOTPSS旋涂在基片(4)上，進(jìn)行氧離子處理5分鐘，在80℃下加熱2分鐘，待PEDOTPSS完全干燥后取出待用；B、打印活性層聚合物薄膜P3HTPCBM選用聚噻吩共軛聚合物P3HT作為電子給體，富勒烯衍生物PCBM為電子受體按重量1∶1的比例混合，采用噴墨打印的方法在PEDOTPSS空穴傳輸層之上打印活性層薄膜，薄膜厚度控制在90-180nm；C、在活性層聚合物薄膜之上沉積LiF層采用真空蒸鍍的方法在活性層薄膜上沉積2.0nm的LiF層，真空度在5×10-4Pa；D、真空蒸鍍Al電極作為陰極使用掩模板真空蒸鍍Al電極層，厚度為100nm，蒸鍍速度為0.03-0.06nm/s；蒸完Al電極后的器件轉(zhuǎn)移到手套箱中，在80℃熱處理2分鐘，冷卻至室溫后封裝，得到柔性襯底聚合物薄膜太陽能電池。2、根據(jù)杈利要求1所述噴墨打印活性層的柔性聚合物太陽能電池制備方法，其特征包括:步驟B所述打印活性層聚合物薄膜的混合物P3HT:PCBM預(yù)先與氯苯按1:1的體積比進(jìn)行混合使其分散。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述噴墨打印活性層的柔性聚合物太陽能電池制備方法，其特征包括步驟B所述打印活性層聚合物薄膜的打印機(jī)針孔噴射采用單液滴滴液(3)方式。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述噴墨打印活性層的柔性聚合物太陽能電池制備方法，其特征包括步驟B所述打印活性層聚合物薄膜的方法中使用的打印機(jī)(1)臺(tái)面(5)設(shè)置吸附微孔(6)與真空泵(7)連通，基片(4)被吸附在臺(tái)面上。全文摘要本發(fā)明涉及一種噴墨打印活性層的柔性聚合物太陽能電池制備方法，包括在柔性基片的陽極層上旋涂空穴傳輸層，打印活性層，沉積電子傳輸層和A1電極陰極幾個(gè)步驟組成，創(chuàng)新點(diǎn)是活性層采用噴墨打印方法制備。本發(fā)明噴墨打印活性層的柔性聚合物太陽能電池制備方法，提高了薄膜厚度的可控性和平滑性，同時(shí)提高了薄膜的致密性和均勻一致性，對(duì)比試驗(yàn)證明普通采用旋涂方法制備活性層，其光電轉(zhuǎn)換效率為0.51％，而本發(fā)明采用噴墨打印的方法制備活性層所制備的電池器件的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了2.2％，比對(duì)比實(shí)施例提高了三倍多?？梢钥闯觯脟娔蛴〉姆椒ㄖ苽浠钚詫?，可以大幅提高聚合物太陽能電池的效率和工業(yè)生產(chǎn)效率，器件性能也得到明顯的提高。文檔編號(hào)H01L51/48GK101533894SQ20091007414公開日2009年9月16日申請(qǐng)日期2009年4月15日優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日發(fā)明者傅廣生,楊少鵬,柴老大,正閆,陳金忠申請(qǐng)人:河北大學(xué)