一種聚合物薄膜太陽(yáng)能電池陽(yáng)極界面材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種聚合物薄膜太陽(yáng)能電池陽(yáng)極界面 材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題的加劇，人們對(duì)新型清潔能源的關(guān)注日益增加。其 中，太陽(yáng)能電池作為一種利用光伏效應(yīng)將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能的裝置，在全球范圍內(nèi)得 到大規(guī)模的發(fā)展。相較于無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池，有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池具有可W溶液加工、造價(jià) 低廉、容易大面積加工、可W制備成柔性器件等優(yōu)勢(shì)，因而受到了廣泛的關(guān)注?，F(xiàn)在最普遍 的聚合物太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)為1995年Yu等人提出的體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，即由共輛聚合物給體和 富勒締衍生物受體構(gòu)成的共混薄膜夾在涂覆有透明的導(dǎo)電金屬氧化物陽(yáng)極和金屬陰極之 間而形成明治結(jié)構(gòu)"。人們通過(guò)改進(jìn)聚合物給體材料分子結(jié)構(gòu)增加給體對(duì)太陽(yáng)光的吸 收范圍；在活性層配置過(guò)程中加入高沸點(diǎn)溶劑和添加劑，W及高溫退火等方法控制和優(yōu)化 活化層的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；引進(jìn)陽(yáng)極界面材料和陰極界面材料使得電極和活性層形成歐姆接 觸，有利于自由載流子的收集。該些方法將共輛聚合物薄膜太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)化效率提 高至10%W上，從而可W與無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)。目前，陽(yáng)DOT:PSS(即： 聚（3,4-環(huán)二氧己基唾吩）：聚苯己締橫酸鹽）是聚合物太陽(yáng)能電池中最常用的陽(yáng)極界面 材料。然而，P邸〇T:PSS修飾后的陽(yáng)極功函數(shù)在-5. 2eV左右，與許多新型聚合物給體的最高 占據(jù)軌道（HOMO)不匹配，不能形成歐姆接觸，影響陽(yáng)極對(duì)空穴的收集效率，因而阻礙了器 件光伏性能的提高。另一方面，由于PED0T:PSS具有酸性，對(duì)金屬氧化物（如口0)陽(yáng)極有 一定腐蝕作用，不利于光伏器件的長(zhǎng)期工作；同時(shí)其吸水性是影響器件穩(wěn)定性的主要因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種聚合物薄膜太陽(yáng)能電池 陽(yáng)極界面材料的制備方法。
[0004] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下：
[0005] 一種聚合物薄膜太陽(yáng)能電池陽(yáng)極界面材料的制備方法，該陽(yáng)極界面材料由氧化銅 納米粒子薄膜構(gòu)成；氧化銅納米粒子由超聲法制備，具體包括如下步驟：
[0006] (1)向氯化銅溶液中加入四甲基氨氧化錠，得到氨氧化銅懸濁液；
[0007] (2)超聲處理該懸濁液，得到氧化銅納米粒子懸濁液；
[000引 （3)將所得懸濁液離屯、，分散在醇類溶劑中，配制成所需濃度的氧化銅納米粒子溶 膠。
[0009] 在上述技術(shù)方案中，步驟（1)中W銅鹽為前驅(qū)體。
[0010] 在上述技術(shù)方案中，步驟（2)中超聲功率在100-500瓦。
[0011] 在上述技術(shù)方案中，步驟（2)中超聲功率在功率為300瓦。
[0012] 在上述技術(shù)方案中，步驟（3)中氧化銅納米粒子溶膠的溶劑為甲醇、己醇、丙醇、 異丙醇等簡(jiǎn)單醇類中的任意一種。
[0013] 在上述技術(shù)方案中，所述氧化銅納米粒子薄膜由氧化銅納米粒子溶膠旋涂而得， 其厚度為5-50納米。
[0014] 在上述技術(shù)方案中，所述氧化銅納米粒子薄膜的厚度為15納米。
[0015] 在上述技術(shù)方案中，所述氧化銅納米粒子薄膜經(jīng)過(guò)低溫退火處理，W除去薄膜中 剩余溶劑，低溫退火處理溫度為40-80攝氏度，處理時(shí)間為20-80分鐘。
[0016] 在上述技術(shù)方案中，所述氧化銅納米粒子薄膜經(jīng)過(guò)紫外臭氧處理，時(shí)間10-30分 鐘。
[0017] 在上述技術(shù)方案中，紫外臭氧處理時(shí)間為15分鐘。
[001引本發(fā)明具有W下的有益效果：
[0019] 本發(fā)明是通過(guò)在ITO陽(yáng)極表面引入氧化銅納米粒子薄膜作為陽(yáng)極界面層，通過(guò)紫 外臭氧處理調(diào)節(jié)陽(yáng)極界面層功函數(shù)，使得該陽(yáng)極界面層與聚合物給體HOMO能級(jí)更加匹配， 形成歐姆接觸，減小空穴輸出勢(shì)壘，增加空穴收集效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：同使用陽(yáng)DOT;PSS 做陽(yáng)極界面層的器件相比，使用紫外臭氧處理的氧化銅納米粒子薄膜做陽(yáng)極界面層的器件 取得了更加優(yōu)異的光伏性能：開(kāi)路電壓仍然可W保持0. 89伏特，短路電流由10. 00毫安/ 平方厘米增大到10. 58毫安/平方厘米，填充因子仍能保持在66%W上，能量轉(zhuǎn)化效率由 6. 00 %增大到 6. 44%。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1是本發(fā)明采用的電池結(jié)構(gòu)示意圖。其中；1是玻璃基板；2是銅錫氧化物 陽(yáng)極層（IT0) ;3是由聚（3,4-環(huán)二氧己基唾吩）；聚苯己締橫酸鹽（P邸0T:I^S巧或者 氧化銅納米粒子薄膜構(gòu)成的陽(yáng)極界面層；4是由聚[氮-(1-辛基壬基）-2, 7-巧挫-交 替-5, 5-(4'，7'-雙-2-唾吩基-2'，1'，3'-苯并唾二挫）](PCDTBT)和[6, 6]-苯基C71 了 酸甲醋（PC,aBM)的共混物構(gòu)成的光敏層；5是氣化裡（LiF)陰極界面層；6是侶陰極層。
[0021] 圖2是本發(fā)明所制備的氧化銅納米粒子的透射電鏡照片；
[0022] 圖3是本發(fā)明所制備的聚合物太陽(yáng)能電池的電流-電壓特性曲線圖，其中：
[002引 曲線1是實(shí)施例1在強(qiáng)度為100毫瓦/平方厘米的AM1. 5G模擬太陽(yáng)光下測(cè)試的 電流-電壓特性曲線圖；
[0024] 曲線2是實(shí)施例2在強(qiáng)度為100毫瓦/平方厘米的AM1. 5G模擬太陽(yáng)光下測(cè)試的 電流-電壓特性曲線圖；
[0025] 曲線3是實(shí)施例3在強(qiáng)度為100毫瓦/平方厘米的AM1. 5G模擬太陽(yáng)光下測(cè)試的 電流-電壓特性曲線圖；
[0026] 曲線4是對(duì)比例1在強(qiáng)度為100毫瓦/平方厘米的AM1. 5G模擬太陽(yáng)光下測(cè)試的 電流-電壓特性曲線圖；
[0027]曲線5是對(duì)比例2在強(qiáng)度為100毫瓦/平方厘米的AM1. 5G模擬太陽(yáng)光下測(cè)試的 電流-電壓特性曲線圖；
【具體實(shí)施方式】
[002引本發(fā)明的發(fā)明思想為：通過(guò)超聲法制備氧化銅納米粒子，經(jīng)過(guò)退火和紫外臭氧處 理，得到陽(yáng)極界面層。將其應(yīng)用于聚合物體異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池中，解決了空穴收集w及器件穩(wěn)定性方面的問(wèn)題。
[0029] 在各種銅鹽中，W最簡(jiǎn)單最便宜的氯化銅（化C12)為例，作為前驅(qū)體通過(guò)超聲制備 氧化銅納米粒子。具體的：
[0030] (1)配制氯化銅的己醇溶液，濃度為0. 001摩爾/升；
[0031] (2)向其中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%四甲基氨氧化錠，形成氨氧化銅懸濁液。懸濁液繼 續(xù)攬拌40分鐘，保證溶液PH值不再變化；
[0032] (3)利用直徑6毫米的鐵椿，將300瓦功率的能量W超聲波的形式施予該懸濁液， 時(shí)長(zhǎng)40分鐘；
[0033] (4)所得懸濁液離屯、，然后分散在己醇中，配制成所需濃度的氧化銅納米粒子的己 醇溶膠溶液。
[0034] 將所制備的氧化銅納米粒子溶膠旋涂在覆有銅錫氧化物（ITO)的基板上，低溫60 攝氏度退火處理用W除掉己醇溶劑，得到氧化銅納米粒子構(gòu)成的薄膜。將該薄膜置于紫外 臭氧氣氛中處理10-30分鐘，優(yōu)化處理時(shí)間15分鐘，得到所需的陽(yáng)極界面層。
[0035] 本發(fā)明中所述的聚合物薄膜太陽(yáng)能電池，包括依次連接的基板、陽(yáng)極層、陽(yáng)極界面 層、聚合物和富勒締衍生物的共混物構(gòu)成的光敏層、陰極界面層和陰極層。其中，陽(yáng)極界面 層為氧化銅納米粒子薄膜，厚度為5-50納米，優(yōu)選為15納米。
[0036] 本發(fā)明公開(kāi)一種用于聚合物薄膜太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極界面層的制備方法，該陽(yáng)極界 面層由氧化銅納米粒子薄膜構(gòu)成。氧化銅納米粒子通過(guò)超聲法制備，具體的：
[0037] (1)配制濃度為0. 001摩爾/升的氯化銅的己醇溶液；
[003引 （2)向其中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%四甲基氨氧化錠，形成氨氧化銅懸濁液。懸濁液繼 續(xù)攬拌40分鐘，保證溶液PH值不再變化；
[0039] (3)利用直徑6毫米的鐵椿，將300瓦功率的能量W超聲波的形式施予該懸濁液， 時(shí)長(zhǎng)40分鐘；
[0040] (4)所得懸濁液離屯、，然后分散在己醇中，配制成所需濃度的氧化銅納米粒子的己 醇溶膠。
[0041] 該超聲法制備的氧化銅納米粒子粒徑為3-12納米。
[0042] 將所制備的氧化銅納米粒子溶膠旋涂在覆有銅錫氧化物（ITO)的基板上，并退火 處理用W除掉己醇溶劑，得到氧化銅納米粒子構(gòu)成的薄膜。將該薄膜置于紫外臭氧氣氛中 處理10-30分鐘，優(yōu)選為15分鐘，得到所需的陽(yáng)極界面層。
[0043] 下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例說(shuō)明該陽(yáng)極界面層在聚合物薄膜太陽(yáng)能電池中的 應(yīng)用。
[0044] 如附圖1所示，本發(fā)明設(shè)及的聚合物太陽(yáng)能電池包括依次連接的基板1，陽(yáng)極層2， 陽(yáng)極界面層3,聚合物和富勒締的衍生物的共混物構(gòu)成的光敏層4,陰極界面層5和陰極層 6。
[0045] 所述的基板1為玻璃或柔性基板。
[0046] 所述的陽(yáng)極層2為銅錫氧化物。
[0047] 所述的陽(yáng)極界面層3為氧化銅納米粒子。
[0048] 所述的光敏層4為聚合物和富勒締的衍生物組成的共混物。
[0049]本發(fā)明對(duì)所使用的聚合物和富勒締的衍生物不作限制，實(shí)施例中所使用的 聚合物和富勒締的衍生物僅為證明本發(fā)明一種用于聚合物薄膜太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極界 面材料的用途。本發(fā)明中所述的聚合物使用聚[氮-(1-辛基壬基）-2, 7-巧挫-交 替-5, 5- (4'，7' -雙-2-唾吩基-2'，1'，3' -苯并唾二挫）](PCDTBT)。富勒締的衍生物使用 [6, 6]