專利名稱：一種聚合物太陽能電池光電活性層的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及一種聚合物太陽能電池光電活性層的處理 方法。
背景技術(shù)：
太陽能是人類未來最理想的能源，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的太陽能電池是目前各國 研究的一個(gè)熱點(diǎn)。聚合物太陽能電池具有價(jià)格低廉、柔性、易于加工、可大面積制備等優(yōu)點(diǎn)。聚合物太陽能電池一般由陽極電極、光電活性層、陰極電極組成，其中光電活性層 對(duì)太陽能輻射光譜的吸收和載流子的分離、傳輸效率決定了聚合物太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化 效率。聚合物太陽能電池的光電活性層由電子給體和電子受體組成，電子給體一般為具有 良好的光電性能的共軛聚合物，常用的電子給體有(6(|、[6，6]-(61-苯基丁酸甲酯(PCBM)等。 共軛聚合物聚(3-己基)噻吩(P3HT)和C6tl的復(fù)合薄膜有著優(yōu)異的性能，成為目前最有前 途的聚合物太陽能電池光電活性層材料之一，但是此類活性材料的光電轉(zhuǎn)換效率還不高， 難以滿足實(shí)際需要。進(jìn)一步提高聚合物太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率是其獲得大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用 的前提。提高光電活性層中共軛聚合物的結(jié)晶程度能夠改善聚合物的光吸收性能，在活性 層中構(gòu)建電子給體和受體的納米尺度的三維互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠有效提高載流子分離、傳輸 效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種處理聚合物太陽能電池的光電活性層的方法。本發(fā)明所提供的處理聚合物太陽能電池的光電活性層的方法，包括如下步驟將 聚合物太陽能電池的光電活性層暴露于氯仿和/或鄰二氯苯的蒸汽中，保持0. 1-20小時(shí)。 所述保持時(shí)間可為2-18小時(shí)、4-16小時(shí)、5-10小時(shí)、7_9小時(shí)。所述光電活性層可由質(zhì)量比為1 (0.6-1.2)的3-己基噻吩的聚合物和C6tl單質(zhì) 組成。所述3-己基噻吩的聚合物與所述C6tl單質(zhì)的質(zhì)量比優(yōu)選為1 (0.8-1)。所述3-己基噻吩的聚合物的結(jié)構(gòu)式如式I所示，其數(shù)均分子量可為 10000-300000Da。 所述光電活性層的厚度一般為50nm-200nm，優(yōu)選為80-110nm。
所述蒸汽最好為飽和的。上述處理方法在空氣中進(jìn)行即可，在還原氣體氣氛中進(jìn)行也可。上述處理方法是在制備聚合物太陽能電池過程中，制備光電活性層時(shí)進(jìn)行的。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制備聚合物太陽能電池的方法。本發(fā)明所提供的制備聚合物太陽能電池的方法，包括如下步驟制備電極、制備光
3電活性層、按照上述任一所述方法處理光電活性層。其中制備電極包括制備ITO電極和金屬電極。一般還可以包括對(duì)陽極電極進(jìn)行 修飾的步驟，修飾的方法具體可為在陽極電極表面涂一層聚噻吩衍生物摻雜聚苯乙烯磺酸 (PED0T:PSS)。由上述制備方法得到的聚合物太陽能電池也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明的處理方法中，在氯仿飽和蒸汽的作用下，3-己基噻吩的聚合物(P3HT)和 C60結(jié)晶度均有提高，形成C6tl分子聚集的納米線結(jié)構(gòu)；在鄰二氯苯飽和蒸汽作用下，僅3-己 基噻吩的聚合物的結(jié)晶度提高得到納米線結(jié)構(gòu)。兩種溶劑蒸汽都能夠改善光電活性層的結(jié) 晶程度，并在光電活性層中形成P3HT和C6tl的三維互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改善了光電活性層的光吸 收性能和載流子傳輸性能，能夠有效提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。采用模擬太陽光光 源(AM 1.5)照射，在室溫下對(duì)本發(fā)明得到的電池進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如下用氯仿飽和蒸汽處 理2、5、7、10小時(shí)的光電活性層的光電轉(zhuǎn)化效率依次為0. 26%,0. 54%,0. 74%,0. 58% ；用 鄰二氯苯飽和蒸汽處理2、7、10小時(shí)的光電活性層的光電轉(zhuǎn)化效率依次為0. 36%、0. 44%、 0.65%。另外，本發(fā)明方法中使用的是C6tl單質(zhì)，比C6tl衍生物(如PCBM)成本低得多，從而 大大降低了太陽能電池的成本，使其更適合于推廣使用，而且本方法工藝簡(jiǎn)單，活性層的結(jié) 晶程度和形貌可以通過溶劑蒸汽的種類和處理時(shí)間來控制。所以本發(fā)明方法更利于大規(guī)模 工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為實(shí)施例1所述條件制備的聚合物太陽能電池光活性層(處理5小時(shí))的透 射電子顯微照片和選區(qū)電子衍射照片。圖2為實(shí)施例2所述條件制備的聚合物太陽能電池光活性層(處理5小時(shí))的透 射電子顯微照片和選區(qū)電子衍射照片。圖3為在氯仿飽和蒸汽中處理不同時(shí)間后得到的聚合物太陽能電池活性層的紫 外-可見吸收光譜。圖4為在鄰二氯苯飽和蒸汽中處理不同時(shí)間后得到的聚合物太陽能電池活性層 的紫外-可見吸收光譜。圖5為將在不同溶劑的飽和蒸汽中處理不同時(shí)間后得到的聚合物太陽能電池活 性層蒸鍍Al電極后的電池光電轉(zhuǎn)化效率。A表示氯仿，B表示鄰二氯苯。
具體實(shí)施例方式下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。下述實(shí)施例中所使用的3-己基噻吩的聚合物的結(jié)構(gòu)式如式I所示，其數(shù)均分子量 為34500。購自阿法埃莎公司，產(chǎn)品目錄號(hào)為44745。 PED0T:PSS 購自 bayer 公司，產(chǎn)品型號(hào)為 Baytron-P 4083。C60購自阿法埃莎公司，產(chǎn)品目錄號(hào)為42007。
實(shí)施例1、制備太陽能電池及性能檢測(cè)一、聚合物太陽能電池的制備(一)制備陽極電極1、制備陽極電極先將氧化銦錫(ITO)玻璃上的ITO光刻成2mm寬、15mm長的電極，將刻蝕好的具有 一定寬度的細(xì)條狀I(lǐng)TO導(dǎo)電玻璃清洗干凈并烘干。2、陽極電極的修飾將干凈的ITO導(dǎo)電玻璃放置在旋涂機(jī)的支架上，在氧化銦錫透明導(dǎo)電玻璃旋涂一 層聚噻吩衍生物摻雜聚苯乙烯磺酸(PED0T:PSS)，旋涂得到的PEDOT PSS薄膜厚度為25nm。 再放入120°C烘箱內(nèi)，加熱30分鐘。(二)制備光電活性層1、制備配置3-己基噻吩的聚合物(P3HT)和C6tl的質(zhì)量比為1 1的鄰二氯苯溶液，P3HT 的濃度為15mg/mL，將充分?jǐn)嚢韬蟮娜芤盒吭赑ED0T:PSS修飾的陽極電極上，旋涂得到的 P3HT/C6Q活性層薄膜厚度為llOnm。2、光電活性層的處理在密閉容器底部放入氯仿，在容器中放入一個(gè)支架，將上述制備的樣品置于支架 上，使樣品暴露在氯仿的飽和蒸汽里且不與液態(tài)氯仿溶劑接觸，保持暴露時(shí)間為0. 5、1、2、 3、4、5、7、10、12、15、17、20小時(shí)不等，上述操作均在空氣中進(jìn)行。再將樣品取出，真空干燥 (除去氯仿溶劑)。以不進(jìn)行溶劑處理的為對(duì)照。(三)制備陰極電極(鋁電極)將上述制備的樣品放入真空鍍膜機(jī)，蒸鍍鋁電極，鋁電極的厚度為lOOnm。最后得到有效面積為0. 04cm2,結(jié)構(gòu)為 ITO/PEDOT:PSS(25nm)/P3HT:C6tl(IlOnm)/ Al (IOOnm)的聚合物太陽能電池。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，得到相同的電池。二、聚合物太陽能電池的性能檢測(cè)(一 )光電活性層的結(jié)構(gòu)檢測(cè)采用高分辨透射電子顯微鏡，觀測(cè)氯仿溶劑蒸汽處理過的聚合物太陽能電池光電 活性層的結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。用氯仿蒸汽處理5小時(shí)的光電活性層的結(jié)果如圖1所示， 可以看到歸屬于C6tl結(jié)晶的衍射點(diǎn)和歸屬于P3HT的(020)晶面的外衍射環(huán)。表明經(jīng)過氯仿 蒸汽處理后，在光電活性層中形成了 C6tl結(jié)晶和P3HT結(jié)晶，圖中的黑色線狀結(jié)構(gòu)為C6tl結(jié)晶。( 二)光電活性層的光吸收性能檢測(cè)采用紫外_可見光譜儀檢測(cè)處理不同時(shí)間的光電活性層的光吸收性能。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果如圖3所示(實(shí)驗(yàn)組為不同處理時(shí)間的各組)。表明用氯 仿蒸汽處理0. 5-20h不同時(shí)間后，與對(duì)照組相比，P3HT結(jié)晶度均提高，導(dǎo)致在450-600nm處 的吸收強(qiáng)度均增加，有利于聚合物太陽能電池光電活性層對(duì)太陽光的吸收利用。(三)光電轉(zhuǎn)化效率的檢測(cè)采用的模擬太陽光光源為Oriel模擬器，型號(hào)為91192，以得到相當(dāng)于AM 1. 5的 輻射條件(lOOmW/cm2)，采用經(jīng)過標(biāo)定的硅標(biāo)準(zhǔn)太陽能電池進(jìn)行校準(zhǔn)。電池性能測(cè)試是在室溫(25°C )下空氣中進(jìn)行，電池有效面積為0. 04cm2。采用Keithley 236源測(cè)量單元記錄 電流-電壓曲線。經(jīng)過計(jì)算，得到電池的光電轉(zhuǎn)化效率。光電轉(zhuǎn)化效率的計(jì)算公式I = 輸出能量 / 入射能量 X 100VocX IscXFF/(0. 0100X0. 04) X 100%，式中，ne 為光電 轉(zhuǎn)化效率，Voc為開路電壓，Isc為短路電流，F(xiàn)F為填充因子。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，結(jié)果取平均數(shù)。結(jié)果如圖5所示。處理2、5、7、10、20小時(shí)的光 電活性層的光電轉(zhuǎn)化效率依次為0. 26%,0. 54%,0. 74%,0. 58%,0. 18%，開路電壓依次為 0. 46V、0. 43V、0. 44V,0. 40V,0. 39V，短路電流依次為 8. 1Χ1(Γ6Α、15. 3 X IO-6A,22. 5 X IO-6A, 17. 2 X IO-6A,6. 5Χ10_6Α，填充因子依次為 0. 28,0. 33,0. 30,0. 34,0. 29。對(duì)照組(即處理0小時(shí))的光電轉(zhuǎn)化效率為0. 15%、開路電壓為0. 42V、短路電流 為4. 8 X 10、、填充因子為0. 30。實(shí)施例2、制備太陽能電池及性能檢測(cè)一、聚合物太陽能電池的制備(一)制備陽極電極1、制備陽極電極方法同實(shí)施例1中所述。2、陽極電極的修飾方法同實(shí)施例1中所述。(二)制備光電活性層1、制備方法同實(shí)施例1中所述。用鄰二氯苯配制Ρ3ΗΤ和C6tl的混合溶液，混合溶液中Ρ3ΗΤ和C6tl的質(zhì)量比為1 1， Ρ3ΗΤ在溶液中的濃度為15mg/mL，薄膜厚度為llOnm。2、光電活性層的處理在密閉容器底部放入鄰二氯苯，在容器中放入一個(gè)支架，將上述制備的樣品置于 支架上，使樣品暴露在鄰二氯苯的飽和蒸汽里且不與液態(tài)鄰二氯苯溶劑接觸，保持暴露時(shí) 間為1、2、3、4、5、7、10、12、15、17、20小時(shí)不等。再將樣品取出，真空干燥(除去鄰二氯苯溶 劑)。以不進(jìn)行溶劑處理的為對(duì)照。(三)制備陰極電極(鋁電極)方法同實(shí)施例1中所述。最后得到有效面積為0. 04cm2,結(jié)構(gòu)為 ITO/PEDOT:PSS(25nm)/P3HT:C6tl(IlOnm)/ Al (IOOnm)的聚合物太陽能電池。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，得到相同的電池。二、聚合物太陽能電池的性能檢測(cè)(一 )光電活性層的結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。用鄰二氯苯蒸汽處理5小時(shí)的光電活性層的結(jié)果如圖2所示，可以看到歸屬于 P3HT的(020)晶面的外衍射環(huán)。表明經(jīng)過鄰二氯苯蒸汽處理后，在光電活性層中形成了 P3HT結(jié)晶，圖中的黑色線狀結(jié)構(gòu)為P3HT結(jié)晶。( 二)光電活性層的光吸收性能檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。檢測(cè)處理不同時(shí)間的光電活性層的光吸收性能。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果如圖4所示(實(shí)驗(yàn)組為不同處理時(shí)間的各組)。表明用鄰 二氯苯蒸汽處理l_20h不同時(shí)間后，與對(duì)照組相比，P3HT結(jié)晶度提高，導(dǎo)致在460-600nm處的吸收強(qiáng)度均增加，有利于聚合物太陽能電池光電活性層對(duì)太陽光的吸收利用。(三)光電轉(zhuǎn)化效率的檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，結(jié)果取平均數(shù)。結(jié)果如圖5所示。處理2、7、10、20小時(shí)的光電 活性層的光電轉(zhuǎn)化效率依次為0. 36%,0. 44%,0. 65%,0. 66%。開路電壓依次為0. 43V、 0. 41V、0. 40V、0. 40V,短路電流依次為 9. 2Χ1(Γ6Α、12· 4Χ1(Γ6Α、18· 2X 1(Γ6Α、17. 9X 1(Γ6Α， 填充因子依次為0. 36,0. 35,0. 36,0. 37。對(duì)照組(即處理0小時(shí))的光電轉(zhuǎn)化效率為0. 15%、開路電壓為0. 42V、短路電流 為4. 8 X 10、、填充因子為0. 30。實(shí)施例3、制備太陽能電池及性能檢測(cè)一、聚合物太陽能電池的制備(一)制備陽極電極1、制備陽極電極方法同實(shí)施例1中所述。2、陽極電極的修飾方法同實(shí)施例1中所述。(二)制備光電活性層1、制備方法同實(shí)施例1中所述。用鄰二氯苯配制Ρ3ΗΤ和C6tl的混合溶液，混合溶液中Ρ3ΗΤ和C6tl的質(zhì)量比為 1 0. 8，Ρ3ΗΤ在溶液中的濃度為15mg/mL，薄膜厚度為80nm。2、光電活性層的處理在密閉容器底部放入氯仿，在容器中放入一個(gè)支架，將上述制備的樣品置于支架 上，使樣品暴露在氯仿的飽和蒸汽里且不與液態(tài)氯仿溶劑接觸，保持暴露時(shí)間為0. 5、1、2、 3、4、5、7、10、12、15、17、20小時(shí)不等，將樣品取出，真空干燥。以不進(jìn)行溶劑處理的為對(duì)照。(三)制備陰極電極(鋁電極)方法同實(shí)施例1中所述。最后得到有效面積為0. 04cm2,結(jié)構(gòu)為 IT0/PED0T PSS (25nm) /P3HT C60 (80nm) / Al (IOOnm)的聚合物太陽能電池。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，得到相同的電池。二、聚合物太陽能電池的性能檢測(cè)(一 )光電活性層的結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果經(jīng)過氯仿蒸汽處理后，在光電活性層中形成了 C6tl結(jié)晶和P3HT結(jié)晶。( 二)光電活性層的光吸收性能檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。檢測(cè)處理不同時(shí)間的光電活性層的光吸收性能。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，用氯仿蒸汽處理0. 5_20h不同時(shí)間 后，P3HT結(jié)晶度均提高，導(dǎo)致在450-600nm處的吸收強(qiáng)度均增加，有利于聚合物太陽能電池 光電活性層對(duì)太陽光的吸收利用。(三)光電轉(zhuǎn)化效率的檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，結(jié)果取平均數(shù)。結(jié)果處理2、4、6、8、10小時(shí)的光電活性層的光電轉(zhuǎn)化效率依次為0. 21 %、0. 48%、0. 58%,0. 51%,0. 33%。開路電壓依次為 0. 38V、0. 33V、0. 33V,0. 31V,0. 29V，短路電流依次 為 8. 1Χ1(Γ6Α、17· 3 X IO-6A,20. 2Χ1(Γ6Α、19· 5Χ 1(Γ6Α、13. 9Χ 1(Γ6Α，填充因子依次為 0. 27、 0. 34、0· 35、0· 34、0· 33。對(duì)照組(即處理0小時(shí))的光電轉(zhuǎn)化效率為0. 12%、開路電壓為0. 37V、短路電流 為4. 6 X 10、、填充因子為0. 28。實(shí)施例4、制備太陽能電池及性能檢測(cè)一、聚合物太陽能電池的制備(一)制備陽極電極1、制備陽極電極方法同實(shí)施例1中所述。2、陽極電極的修飾方法同實(shí)施例1中所述。(二)制備光電活性層1、制備方法同實(shí)施例1中所述。用鄰二氯苯配制Ρ3ΗΤ和C6tl的混合溶液，混合溶液中Ρ3ΗΤ和C6tl的質(zhì)量比為 1 0. 8，Ρ3ΗΤ在溶液中的濃度為15mg/mL，薄膜厚度為80nm。2、光電活性層的處理在密閉容器底部放入鄰二氯苯，在容器中放入一個(gè)支架，將上述制備的樣品置于 支架上，使樣品暴露在鄰二氯苯的飽和蒸汽里且不與液態(tài)鄰二氯苯溶劑接觸，保持暴露時(shí) 間為1、2、3、4、5、7、10、12、15、17、20小時(shí)不等。將樣品取出，真空干燥。以不進(jìn)行溶劑處理 的為對(duì)照。(三)制備陰極電極(鋁電極)方法同實(shí)施例1中所述。最后得到有效面積為0. 04cm2，結(jié)構(gòu)為 IT0/PED0T PSS (25nm) /P3HT C60 (80nm) / Al (IOOnm)的聚合物太陽能電池。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，得到相同的電池。二、聚合物太陽能電池的性能檢測(cè)(一 )光電活性層的結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果經(jīng)過鄰二氯苯蒸汽處理后，在光電活性層中形成了 P3HT結(jié)晶。( 二)光電活性層的光吸收性能檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。檢測(cè)處理不同時(shí)間的光電活性層的光吸收性能。實(shí) 驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，用鄰二氯苯蒸汽處理l_20h不同時(shí)間后，P3HT結(jié) 晶度提高，導(dǎo)致在460-600nm處的吸收強(qiáng)度均增加，有利于聚合物太陽能電池光電活性層 對(duì)太陽光的吸收利用。(三)光電轉(zhuǎn)化效率的檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，結(jié)果取平均數(shù)結(jié)果處理2、4、6、8、10、20小時(shí)的光電活性層的光電轉(zhuǎn)化效率依次為0.26%、 0. 38 %,0. 40 %,0. 43 %,0. 50 %,0. 48 %。開路電壓依次為 0. 41V、0. 37V、0. 33V,0. 33V、 0. 31V,0. 32V,短路電流依次為 7· 6Χ1(Γ6Α、12· 3Χ1(Γ6Α、14· 1Χ1(Γ6Α、15· 8Χ1(Γ6Α、20. 2X10_6A、17. 6X10_6A，填充因子依次為 0. 33,0. 33,0. 34,0. 33,0. 32,0. 34。對(duì)照組(即處理0小時(shí))的光電轉(zhuǎn)化效率為0. 12%、開路電壓為0. 37V、短路電流 為4. 6 X 10、、填充因子為0. 28。實(shí)施例5、制備太陽能電池及性能檢測(cè)一、聚合物太陽能電池的制備(一)制備陽極電極1、制備陽極電極方法同實(shí)施例1中所述。2、陽極電極的修飾方法同實(shí)施例1中所述。(二)制備光電活性層1、制備方法同實(shí)施例1中所述。用鄰二氯苯配制P3HT和C6tl的混合溶液，混合溶液中P3HT和C6tl的質(zhì)量比為 1 0. 6，P3HT在溶液中的濃度為30mg/mL,薄膜厚度為200nm。2、光電活性層的處理在密閉容器底部放入氯仿，在容器中放入一個(gè)支架，將上述制備的樣品置于支架 上，使樣品暴露在氯仿的飽和蒸汽里且不與液態(tài)氯仿溶劑接觸，保持暴露時(shí)間為0. 5、1、2、 3、4、5、7、10、12、15、17、20小時(shí)不等，將樣品取出，真空干燥。以不進(jìn)行溶劑處理的為對(duì)照。(三)制備陰極電極(鋁電極)方法同實(shí)施例1中所述。最后得到有效面積為0. 04cm2,結(jié)構(gòu)為 IT0/PED0T:PSS(25nm)/P3HT:C6tl(200nm)/ Al (IOOnm)的聚合物太陽能電池。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，得到相同的電池。二、聚合物太陽能電池的性能檢測(cè)(一 )光電活性層的結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果經(jīng)過氯仿蒸汽處理后，在光電活性層中形成了 C6tl結(jié)晶和P3HT結(jié)晶。( 二)光電活性層的光吸收性能檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。檢測(cè)處理不同時(shí)間的光電活性層的光吸收性能。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，用氯仿蒸汽處理0. 5_20h不同時(shí)間 后，P3HT結(jié)晶度均提高，導(dǎo)致在450-600nm處的吸收強(qiáng)度均增加，有利于聚合物太陽能電池 光電活性層對(duì)太陽光的吸收利用。(三)光電轉(zhuǎn)化效率的檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，結(jié)果取平均數(shù)。結(jié)果處理2、10、20小時(shí)的光電活性層的光電轉(zhuǎn)化效率依次為0. 18%,0. 29%, 0. 16%。開路電壓依次為 0. 29V、0. 28V、0. 28V，短路電流依次為 8. 3Χ1(Γ6Α、13· 4X ICT6A、 8. 8Χ10_6Α，填充因子依次為 0. 30,0. 31,0. 26。對(duì)照組(即處理0小時(shí))的光電轉(zhuǎn)化效率為0. 10%、開路電壓為0. 28V、短路電流 為5. 2Χ1(Γ6Α、填充因子為0. 27。實(shí)施例6、制備太陽能電池及性能檢測(cè)一、聚合物太陽能電池的制備
(一)制備陽極電極1、制備陽極電極方法同實(shí)施例1中所述。2、陽極電極的修飾方法同實(shí)施例1中所述。(二)制備光電活性層1、制備方法同實(shí)施例1中所述。用鄰二氯苯配制P3HT和C6tl的混合溶液，混合溶液中P3HT和C6tl的質(zhì)量比為 1 0. 6，P3HT在溶液中的濃度為30mg/mL,薄膜厚度為200nm。2、光電活性層的處理在密閉容器底部放入鄰二氯苯，在容器中放入一個(gè)支架，將上述制備的樣品置于 支架上，使樣品暴露在鄰二氯苯的飽和蒸汽里且不與液態(tài)鄰二氯苯溶劑接觸，保持暴露時(shí) 間為1、2、3、4、5、7、10、12、15、17、20小時(shí)不等。將樣品取出，真空干燥。以不進(jìn)行溶劑處理 的為對(duì)照。(三)制備陰極電極(鋁電極)方法同實(shí)施例1中所述。最后得到有效面積為0. 04cm2,結(jié)構(gòu)為 IT0/PED0T:PSS(25nm)/P3HT:C6tl(200nm)/ Al (IOOnm)的聚合物太陽能電池。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，得到相同的電池。二、聚合物太陽能電池的性能檢測(cè)(一 )光電活性層的結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果經(jīng)過鄰二氯苯蒸汽處理后，在光電活性層中形成了 P3HT結(jié)晶。( 二)光電活性層的光吸收性能檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。檢測(cè)處理不同時(shí)間的光電活性層的光吸收性能。實(shí) 驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，用鄰二氯苯蒸汽處理l_20h不同時(shí)間后，P3HT結(jié) 晶度提高，導(dǎo)致在460-600nm處的吸收強(qiáng)度均增加，有利于聚合物太陽能電池光電活性層 對(duì)太陽光的吸收利用。(三)光電轉(zhuǎn)化效率的檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，結(jié)果取平均數(shù)。結(jié)果處理2、10、20小時(shí)的光電活性層的光電轉(zhuǎn)化效率依次為0. 23%、0. 31%、 0. 33% ο開路電壓依次為0. 27V、0. 29V、0. 27V，短路電流依次為10. 3X 10、、12. 6X 10、、 15. 3X10_6A，填充因子依次為 0. 33,0. 34,0. 32。對(duì)照組(即處理0小時(shí))的光電轉(zhuǎn)化效率為0. 10%、開路電壓為0. 28V、短路電流 為5. 2Χ1(Γ6Α、填充因子為0. 27。實(shí)施例7、制備太陽能電池及性能檢測(cè)一、聚合物太陽能電池的制備(一)制備陽極電極1、制備陽極電極方法同實(shí)施例1中所述。2、陽極電極的修飾方法同實(shí)施例1中所述。(二)制備光電活性層
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1、制備方法同實(shí)施例1中所述。用鄰二氯苯配制P3HT和C6tl的混合溶液，混合溶液中P3HT和C6tl的質(zhì)量比為 1 1.2, P3HT在溶液中的濃度為15mg/mL，薄膜厚度為50nm。2、光電活性層的處理在密閉容器底部放入氯仿，在容器中放入一個(gè)支架，將上述制備的樣品置于支架 上，使樣品暴露在氯仿的飽和蒸汽里且不與液態(tài)氯仿溶劑接觸，保持暴露時(shí)間為0. 5、1、2、 3、4、5、7、10、12、15、17、20小時(shí)不等，將樣品取出，真空干燥。以不進(jìn)行溶劑處理的為對(duì)照。(三)制備陰極電極(鋁電極)方法同實(shí)施例1中所述。最后得到有效面積為0. 04cm2,結(jié)構(gòu)為 IT0/PED0T PSS (25nm) /P3HT C60 (50nm) / Al (IOOnm)的聚合物太陽能電池。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，得到相同的電池。二、聚合物太陽能電池的性能檢測(cè)(一 )光電活性層的結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果經(jīng)過氯仿蒸汽處理后，在光電活性層中形成了 C6tl結(jié)晶和P3HT結(jié)晶。( 二)光電活性層的光吸收性能檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。檢測(cè)處理不同時(shí)間的光電活性層的光吸收性能。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，用氯仿蒸汽處理0.5_20h不同時(shí)間 后，P3HT結(jié)晶度均提高，導(dǎo)致在450-600nm處的吸收強(qiáng)度均增加，有利于聚合物太陽能電池 光電活性層對(duì)太陽光的吸收利用。(三)光電轉(zhuǎn)化效率的檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，結(jié)果取平均數(shù)。結(jié)果處理2、10、20小時(shí)的光電活性層的光電轉(zhuǎn)化效率依次為0. 14%,0. 17%, 0. 13%。開路電壓依次為0. 37V、0. 37V、0. 35V，短路電流依次為6. 6X 1(Γ6Α、8. 4X 10、、 7. 4Χ10_6Α，填充因子依次為 0. 23,0. 22,0. 20。對(duì)照組(即處理0小時(shí))的光電轉(zhuǎn)化效率為0. 09%、開路電壓為0. 34V、短路電流 為4. 2X 10、、填充因子為0. 25。實(shí)施例8、制備太陽能電池及性能檢測(cè)一、聚合物太陽能電池的制備(一)制備陽極電極1、制備陽極電極方法同實(shí)施例1中所述。2、陽極電極的修飾方法同實(shí)施例1中所述。(二)制備光電活性層1、制備方法同實(shí)施例1中所述。用鄰二氯苯配制Ρ3ΗΤ和C6tl的混合溶液，混合溶液中Ρ3ΗΤ和C6tl的質(zhì)量比為 1 1.2, Ρ3ΗΤ在溶液中的濃度為15mg/mL，薄膜厚度為50nm。2、光電活性層的處理在密閉容器底部放入鄰二氯苯，在容器中放入一個(gè)支架，將上述制備的樣品置于支架上，使樣品暴露在鄰二氯苯的飽和蒸汽里且不與液態(tài)鄰二氯苯溶劑接觸，保持暴露時(shí) 間為1、2、3、4、5、7、10、12、15、17、20小時(shí)不等。將樣品取出，真空干燥。以不進(jìn)行溶劑處理 的為對(duì)照。(三)制備陰極電極(鋁電極)方法同實(shí)施例1中所述。最后得到有效面積為0. 04cm2,結(jié)構(gòu)為 IT0/PED0T PSS (25nm) /P3HT C60 (50nm) / Al (IOOnm)的聚合物太陽能電池。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，得到相同的電池。二、聚合物太陽能電池的性能檢測(cè)(一 )光電活性層的結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果經(jīng)過鄰二氯苯蒸汽處理后，在光電活性層中形成了 P3HT結(jié)晶。( 二)光電活性層的光吸收性能檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。檢測(cè)處理不同時(shí)間的光電活性層的光吸收性能。實(shí) 驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，用鄰二氯苯蒸汽處理l_20h不同時(shí)間后，P3HT結(jié) 晶度提高，導(dǎo)致在460-600nm處的吸收強(qiáng)度均增加，有利于聚合物太陽能電池光電活性層 對(duì)太陽光的吸收利用。(三)光電轉(zhuǎn)化效率的檢測(cè)方法同實(shí)施例1中所述一致。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，結(jié)果取平均數(shù)。結(jié)果處理2、10、20小時(shí)的光電活性層的光電轉(zhuǎn)化效率依次為0. 17%,0. 23%, 0.24% ο 開路電壓依次為 0. 32V、0. 30V、0. 30V，短路電流依次為 9. 2Χ1(Γ6Α、12· 3 X ICT6A、 12. 3Χ10_6Α、，填充因子依次為 0. 23,0. 25,0. 26。對(duì)照組(即處理0小時(shí))的光電轉(zhuǎn)化效率為0. 09%、開路電壓為0. 34V、短路電流 為4. 2X 10、、填充因子為0. 25。
權(quán)利要求
一種處理聚合物太陽能電池的光電活性層的方法，包括如下步驟將聚合物太陽能電池的光電活性層暴露于氯仿和/或鄰二氯苯的蒸汽中，保持0.1 20小時(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述保持的時(shí)間為5-10小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述光電活性層由質(zhì)量比為 1 (0.6-1.2)的3-己基噻吩的聚合物和C6tl單質(zhì)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述3-己基噻吩的聚合物與所述C6tl單 質(zhì)的質(zhì)量比為1 (0.8-1)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于所述光電活性層的厚度為 50nm-200nmo
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述厚度為80-1lOnm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一所述的方法，其特征在于所述蒸汽為飽和的。
8.一種制備聚合物太陽能電池的方法，包括如下步驟制備電極、制備光電活性層、按 照權(quán)利要求1-7中任一所述方法處理光電活性層。
9.由權(quán)利要求8所述方法制備得到的聚合物太陽能電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聚合物太陽能電池光電活性層的處理方法。該方法，包括如下步驟將光電活性層暴露于氯仿和/或鄰二氯苯的蒸汽中，保持0.1-20小時(shí)。本發(fā)明的處理方法改善了光電活性層的結(jié)晶程度，并在光電活性層中形成P3HT和C60的三維互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改善了光活性層的光吸收性能和載流子傳輸性能，能夠有效提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。另外，本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單，活性層的結(jié)晶程度和形貌可以通過溶劑蒸汽的種類和處理時(shí)間來控制，具有低成本、高效率、大面積制備的優(yōu)勢(shì)，適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01L51/46GK101901872SQ20091008468
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2009年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月25日
發(fā)明者劉偉麗, 劉瑞剛, 王文, 黃勇 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所