專利名稱：一種薄膜誘導活性層取向法制備柔性襯底有機薄膜太陽能電池的方法
一種薄膜誘導活性層取向法制備柔性襯底有機薄膜太陽能電池的方法技術領域
本發(fā)明屬于有機光電子器件技術領域，涉及柔性有機薄膜太陽能電池。
技術背景
有機薄膜太陽能電池因為耗材少、制造成本低而成為研究熱點。
目前的有機薄膜太陽能電池按照襯底可分為硬性襯底(如玻璃襯底)和柔性襯底 (如高溫塑料、樹脂聚合物、鋁箔、鋼帶等)兩大類。而柔性襯底有機薄膜太陽能電池由于重量輕、可卷曲的特性，具有便于捷帶、易于建筑一體化和高功率重量比的優(yōu)點，從而在軍事和民用上均具有巨大的應用前景，極大地擴展了太陽能電池的應用空間；柔性襯底有機薄膜太陽能電池便于采用卷對卷(roll to roll)的連續(xù)沉積工藝，不僅可以大大降低電池的制作成本，而且可大面積連續(xù)化生產(chǎn)。目前，柔性襯底有機薄膜太陽能電池制備工藝還很不成熟，制作成本較高，電池面積較小，器件性能也相對較低，限制其商業(yè)化應用。因此，發(fā)展大規(guī)模制備有機高分子薄膜太陽能電池關鍵制備工藝，降低制作成本，設計新型的，穩(wěn)定高效的有機薄膜太陽能電池成為真正實現(xiàn)商業(yè)化應用的關鍵科學技術問題。
有機薄膜太陽能電池器件性能的主要影響因素之一是活性層的微觀結構。提高活性層材料微觀結構的有序性，可以明顯改善激子分離、電荷轉移、載流子輸運及有效收集， 從而提高太陽能電池器件的光電轉換效率?；诖耍覀冊诨诰韺砑夹g制備大面積柔性有機薄膜太陽能電池的工藝過程中，采用表面包覆取向好的聚酰亞胺薄膜的金屬錕對活性層材料進行輥壓，實現(xiàn)壓力及取向誘導，提高聚合物鏈段排列的有序性，從而提高活性層材料中電子給體材料和電子受體材料的分散性和結晶性，得到微觀結構高度有序的活性層，進而提高器件的各項性能。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種薄膜誘導活性層取向法制備柔性襯底有機薄膜太陽能電池的方法，以期提高活性層材料中電子給體材料和電子受體材料的分散性和結晶性，得到微觀結構高度有序的活性層，進而提高器件的光電轉換效率。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的。
本發(fā)明所述的薄膜誘導活性層取向法制備柔性襯底有機薄膜太陽能電池的方法， 用卷對卷的方法刻蝕ITO層和逐層涂布其他各層，其特征是所述的活性層含有有機小分子或高分子聚合物；并且采用表面包覆了取向性的聚酰亞胺薄膜的輥軸對活性層輥壓，實現(xiàn)活性層液晶誘導取向。
本發(fā)明所述的活性層可以是單一物質(zhì)或者是多種物質(zhì)共混。
本發(fā)明所述的活性層結構是單層結構或疊層結構的。
本發(fā)明所述的涂布方法，可以是凹版印刷、狹縫式擠出涂布、絲網(wǎng)印刷或噴墨印刷。
根據(jù)電極材料的不同，本發(fā)明的太陽能電池的結構的制備的順序可以是陽極、空穴傳輸層、活性層、電子傳輸層、陰極組成；也可以是由陰極、電子傳輸層、活性層、空穴傳輸層、陰極組成?？梢允菃螌樱部梢允钳B層。
本發(fā)明卷對卷技術制備柔性襯底有機薄膜太陽能電池及活性層受取向性薄膜誘導取向工藝，包括在柔性襯底基片上電極層的處理，活性層涂敷，活性層紫外光輻照交聯(lián)， 涂敷電子、空穴傳輸層和電極幾個步驟組成，創(chuàng)新點是采用采用表面包覆取向好的聚酰亞胺薄膜的金屬錕對有機薄膜太陽能電池活性層材料進行錕壓，實現(xiàn)活性層液晶誘導取向， 提高聚合物鏈段排列的有序性，從而提高活性層材料中電子給體材料和電子受體材料的分散性和結晶性，得到微觀結構高度有序的活性層，進而提高器件的光電轉換效率。


圖1是本發(fā)明采用卷對卷的工作流程圖。其中1為透明塑料置于復卷機中，2為 ITO電極處理，3為空穴或電子傳輸層的涂布，4為活性層材料的涂布，5為電子傳輸層或空穴的涂布，6為電極的涂布。
圖2是本發(fā)明誘導活性層取向的示意圖。其中7為取向性聚酰亞胺薄膜。
圖3為圖2誘導活性層取向的微觀示意圖。
圖4是本發(fā)明實施例1的有機薄膜太陽能的器件結構示意圖。其中8為透明襯底， 9為陽極，10為空穴傳輸層，11為活性層，12為電子傳輸層，13為陰極。
具體實施方式
下面通過本發(fā)明活性層誘導取向的柔性襯底有機薄膜太陽能電池的制造方法以及未進行活性層誘導取向制備的對比例，詳細說明本發(fā)明的制備方法和技術優(yōu)勢。
實施例1。
本實施例采用卷對卷制備方法制備有機薄膜太陽能電池。包括以下步驟。
(1)選擇鍍有ITO電極的透明塑料，將整卷透明塑料卷置于涂布機的放卷位置。
(2)抽出透明塑料卷的自由端依次經(jīng)過涂布機的涂布室、層壓區(qū)和烘干區(qū)，收緊于收卷裝置。
(3)按照一定的尺寸，用紫外光固化刻蝕ITO電極的透明塑料，將調(diào)制好的ITO刻蝕液注入印刷室內(nèi)的工作臺上，開啟涂布機同步運行，專用墨被印刷到透明塑料的電極上， 印刷后的透明塑料卷經(jīng)過層壓區(qū)和烘干區(qū)干燥后進入收卷裝置進行收卷，即完成了電極的處理。
(4)重復步驟(2)，根據(jù)每層不同的特性配置好不同的專用墨，涂布中采用涂布方法進行涂布，然后進行層壓區(qū)和烘干區(qū)的處理，完成有機薄膜太陽能電池中間層及電極的印刷。其中，活性層涂覆完成后，結合用包覆好取向性聚酰亞胺膜的滾軸誘導活性層取向。
(5)電極涂覆完成后轉移到手套箱中，熱處理幾分鐘，冷卻至室溫后封裝，得到柔性襯底有機薄膜太陽能電池。
實施例2。
A.柔性襯底制備用印刷式的紫外光固化刻蝕阻抗的方法制備所需要的柔性襯底8，即條形ITO片。
B. ITO的刻蝕對上步處理好的襯底依次經(jīng)過氯化銅(CuCl2)刻蝕液浴，氫氧化鈉浴(NaOH)，去離子水浴(壓0)的全線卷對卷刻蝕儀器中刻蝕，再在高溫下烘干。
C.空穴傳輸層的制備以卷對卷絲印200-300納米的薄膜厚度的層(聚[3. 4_乙撐二氧噻吩])(PEDOT)聚(苯乙烯磺酸酯)(PSQ形式的空穴傳輸層10。
D.活性層的制備再在空穴傳輸層10上卷對卷凹版印刷薄膜厚度為200-300納米的聚-3烷基噻吩(P3HT)碳60衍生物-[6，6]-苯基-C61- 丁酸甲酯)(PCBM)的活性層11，再在層壓區(qū)，采用表面包覆取向好的聚酰亞胺薄膜的金屬輥對活性層進行輥壓。
E.電子傳輸層的制備在活性層11上卷對卷絲印形成大約20納米薄膜厚度的氧化鋅(ZnO2)形式的電子傳輸層12。
F.電極的制備最后在其上形成厚度為100納米的銀薄膜電極13。
G.電極完成后，轉移到手套箱中，熱處理10分鐘，冷卻至室溫后封裝，得到柔性襯底有機薄膜太陽能電池。這就獲得實例2的有機薄膜太陽能電池。
實施例3。
制備方法除了 D步驟不同外，其各層的工藝制備方法與實施例2相同。實施例3中 D.活性層的制備再在空穴傳輸層10上卷對卷噴墨印刷薄膜厚度為200-300納米的P3HT PCBM的活性層11，再在層壓區(qū)，鋪覆一層取向性聚酰亞胺薄膜在柔性電池活性層上，經(jīng)滾軸層壓，活性層液晶誘導取向。
實施例4。
制備方法除了 D步驟不同外，其層的工藝制備方法與實施例2相同。實施例4中 D.活性層的制備再在空穴傳輸層10上卷對卷凹版印刷薄膜厚度為200-300納米的P3HT PCBM的活性層11。這就獲得實施例4的有機薄膜太陽能電池。
實施例5。
制備方法除了 D步驟不同外，其各層的工藝制備方法與實施例2相同。實施例5中 D.活性層的制備再在空穴傳輸層10上卷對卷噴墨印刷薄膜厚度為200-300納米的五氟苯基封端的聚[4，8- 二(6-溴己氧基)苯并[1，2-b:4, 5-b’ ] 二噻吩-2，6- 二基-5，6- 二氟-4，7-雙(2-噻吩基)-2，1，3-苯并噻二唑](其結構如下式):PCBM的活性層11，再在層壓區(qū)，鋪覆一層取向性聚酰亞胺薄膜在柔性電池活性層上，經(jīng)滾軸層壓，活性層液晶誘導取向。
權利要求
1.一種薄膜誘導活性層取向法制備柔性襯底有機薄膜太陽能電池的方法，用卷對卷的方法制備刻蝕ITO層和逐層涂布其他各層，其特征是所述的活性層含有有機小分子或高分子聚合物；并且采用表面包覆了取向性的聚酰亞胺薄膜的輥軸對活性層輥壓。
2.根據(jù)權利要求1所述的薄膜誘導活性層取向法制備柔性襯底有機薄膜太陽能電池的方法，其特征是所述的活性層是單一物質(zhì)或者多種物質(zhì)共混。
3.根據(jù)權利要求1所述的薄膜誘導活性層取向法制備柔性襯底有機薄膜太陽能電池的方法，其特征是所述的太陽能電池活性層的結構是單層結構或疊層結構的。
4.根據(jù)權利要求1所述的薄膜誘導活性層取向法制備柔性襯底有機薄膜太陽能電池的方法，其特征是所述的涂布方法為凹版印刷、狹縫式擠出涂布、絲網(wǎng)印刷或噴墨印刷。
全文摘要
一種薄膜誘導活性層取向法制備柔性襯底有機薄膜太陽能電池的方法，用卷對卷的方法制備太陽能電池各層，其特征是采用表面包覆取向好的聚酰亞胺薄膜的金屬錕對有機薄膜太陽能電池活性層材料進行錕壓，實現(xiàn)活性層液晶誘導取向。本發(fā)明薄膜誘導取向活性層制備柔性襯底有機薄膜太陽能電池的方法，提高了聚合物鏈段排列的有序性，從而提高活性層材料中電子給體材料和電子受體材料的分散性和結晶性，得到具有高度有序微觀結構的活性層。
文檔編號H01L51/48GK102522507SQ20111040599
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權日2011年12月8日
發(fā)明者周魏華, 曾蓉, 李璠, 諶烈, 陳義旺 申請人:南昌大學