一種聚合物太陽能電池陰極修飾材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于聚合物太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚合物太陽能電池陰極修 飾材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為一種清潔的可再生能源，太陽能電池的研宄和應(yīng)用在過去的幾十年中取得了 巨大的發(fā)展。聚合物太陽能電池一般由共軛聚合物給體和富勒烯衍生物受體的共混膜夾在 ITO透明正極和金屬負(fù)極之間組成，具有結(jié)構(gòu)和制備工藝簡單、重量輕、造價低廉、容易制備 大面積柔性器件等優(yōu)點，因而受到廣泛關(guān)注。
[0003] 結(jié)構(gòu)規(guī)整的聚（3-己基）噻吩（P3HT)和可溶性C6tl衍生物PCBM是最具有代表性 的給體和受體光伏材料。通過優(yōu)化設(shè)計合成新型的聚合物給體材料和富勒烯衍生物受體材 料以及優(yōu)化活性層中給受體的微相分離結(jié)構(gòu)，可以使本體異質(zhì)結(jié)聚合物太陽能電池光電轉(zhuǎn) 化效率超過10%，接近非晶硅電池的水平。
[0004] 在傳統(tǒng)的本體異質(zhì)結(jié)聚合物太陽能電池中，鈣、鋇等低功函活潑金屬常用來作為 聚合物太陽能電池的陰極，用以電子的提取和收集。但低功函的金屬對水、氧敏感，使用過 程中會因為陰極的氧化而使電阻增加，降低陰極對電子的收集和提取能力，從而造成陰極 界面的不穩(wěn)定，最終影響太陽能電池的長期穩(wěn)定性。因此用低功函空氣穩(wěn)定的陰極修飾層 代替活潑金屬越來越引起人們的關(guān)注。目前常用的LiF修飾層需真空蒸鍍，而且有效厚度 在Inm左右，操作過程極難控制。而n型半導(dǎo)體納米粒子都需要溶膠-凝膠等 方法合成，增加了聚合物太陽能電池制備的整體時間。
[0005]四乙醇乙酰丙酮鉭是一種白色粉末狀固體，分子量為460. 30,分子式為C13H27O6Ta, 熔點為140°C，常溫常壓下穩(wěn)定。該材料溶于乙醇，對環(huán)境無害。本發(fā)明首次將四乙醇乙酰 丙酮鉭用于制作聚合物太陽能電池的陰極修飾層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種聚合物太陽能電池陰極修飾材料及其制備方法。所采用 的技術(shù)方案如下：
[0007]-種聚合物太陽能電池陰極修飾材料，所述陰極修飾材料為四乙醇乙酰丙酮鉭， 化學(xué)結(jié)構(gòu)為：
[0008]
[0009] -種聚合物太陽能電池陰極修飾材料的制備方法，將陰極修飾材料四乙醇乙酰丙 酮鉭溶液旋涂在光電活性層上，得到陰極修飾層。
[0010] 優(yōu)選地，四乙醇乙酰丙酮鉭溶液的溶劑為乙醇。
[0011] 優(yōu)選地，所述旋涂的轉(zhuǎn)速為2500-4000rpm，更優(yōu)選3000rpm，旋涂之后不需要進行 加熱即可得到陰極修飾層。
[0012] 優(yōu)選地，所述四乙醇乙酰丙酮鉭溶液的溶劑含有體積比10%的乙酸。
[0013] 優(yōu)選地，所述四乙醇乙酰丙酮鉭溶液經(jīng)攪拌3h之后再進行旋涂。
[0014] 優(yōu)選地，所述旋涂時間為10-60秒，更優(yōu)選30秒。
[0015] 旋涂后在氮氣氛圍下靜置干燥20min。
[0016] 本發(fā)明的有益效果為：將四乙醇乙酰丙酮鉭溶液制成的薄膜作為陰極修飾層引入 聚合物太陽能電池中，實現(xiàn)了電子的高效收集；與現(xiàn)有的溶膠凝膠法制備的TiOJP真空蒸 鍍的LiF相比，本發(fā)明具有光電轉(zhuǎn)換效率高、工藝簡單，成本低廉，實驗重復(fù)性好、適合于大 規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0017] 圖1為聚合物太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為Glass/IT0/PED0T:PSS/P3HT:PC6QBM/Al的電流-電壓特性曲線。
[0019] 圖3為Glass/IT0/PED0T:PSS/P3HT:PC6QBM/四乙醇乙酰丙酮鉭/Al的電流-電壓 特性曲線。
[0020] 圖 4為Glass/IT0/PED0T:PSS/P3HT:PC6QBM/四乙醇乙酰丙酮鉭（10% 乙酸）/Al的 電流-電壓特性曲線。
[0021] 圖5為Glass/IT0/PED0T:PSS/P141=PC6tlBM/四乙醇乙酰丙酮鉭/Al的電流-電壓 特性曲線。
【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行進一步的說明，但并不因此而限制本發(fā)明的保 護范圍。
[0023] 圖1所示為聚合物太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖，其中，聚合物太陽電池為正向結(jié)構(gòu)式， 各標(biāo)號代表的意思為：1_襯底；2-透明導(dǎo)電金屬氧化物陽極層；3-陽極修飾層；4-光電活 性層；5-陰極修飾層；6-陰極層；7-負(fù)載或測試裝置；8-金屬導(dǎo)線；9-入射光。
[0024] 所述正向結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池包含依次層疊的襯底1，透明導(dǎo)電金屬氧化物陽 極層2,陽極修飾層3,光電活性層4,陰極修飾層5,以及低功函陰極層6,電池以金屬導(dǎo)線8 與負(fù)載或測試裝置7連接，入射光9從襯底1方向射入。
[0025] 實施例1(對比例）
[0026] 將濺射有氧化銦錫（ITO)的透明導(dǎo)電玻璃依次用洗潔精、自來水、去離子水、丙 酮、異丙醇超聲清洗2次，氮氣吹干，在2000rpm的轉(zhuǎn)速下旋涂PEDOT:PSS溶液，150 °C烘 烤退火15分鐘，隨即移至氮氣氛圍下的手套箱中，自然冷卻，得到陽極修飾層，厚度為 30nm±5nm。然后將20mg/mL的P3HT與PC6tlBMl:1 (質(zhì)量比）的混合溶液在800rpm的轉(zhuǎn)速 下直接旋涂于上述陽極修飾層上，作為光電活性層。最后，在5X1(T5帕下真空蒸鍍IOOnm 的鋁作陰極。所制得的器件在100毫瓦每平方厘米的模擬太陽光照射下開路電壓為0. 57 伏，短路電流為9. 62毫安每平方厘米，填充因子為0. 52,轉(zhuǎn)換效率為2. 87 %。圖2給出了 該器件在未經(jīng)光照射和經(jīng)100毫瓦每平方厘米的模擬太陽光照射下的電流一電壓曲線。
[0027] 實施例2 (正向結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池）
[0028] 將濺射有氧化銦錫（ITO)的透明導(dǎo)電玻璃依次用洗潔精、自來水、去離子水、丙 酮、異丙醇超聲清洗，氮氣吹干，在2000rpm的轉(zhuǎn)速下旋涂PEDOT:PSS，150 °C烘烤20分 鐘，隨即移至氮氣氛圍下的手套箱中，自然冷卻，得到陽極修飾層。將20mg/mL的P3HT與 PC6tlBMl: 1 (質(zhì)量比）的混合溶液在800rpm的轉(zhuǎn)速下直接旋涂于上述陽極修飾層上，作為光 電活性層。然后將四乙醇乙酰丙酮鉭溶于乙醇中，攪拌3h。在2500rpm的轉(zhuǎn)速下旋涂該溶 液到光電活性層上，旋涂時間為60秒，在氮氣氛圍下靜置干燥20min，得到陰極修飾層。最 后，在5XKT5帕下真空蒸鍍IOOnm的鋁作電極。圖3給出了該器件在未經(jīng)光照射和經(jīng)100 毫瓦每平方厘米的模擬太陽光照射下的電流一電壓曲線。所制得的器件在100毫瓦每平方 厘米的模擬太陽光照射下開路電壓為〇. 62伏，短路電流為10. 26毫安每平方厘米，填充因 子為0.65,轉(zhuǎn)換效率為4. 11%。
[0029] 實施例3 (正向結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池）
[0030] 將濺射有氧化銦錫（ITO)的透明導(dǎo)電玻璃依次用洗潔精、自來水、去離子水、丙 酮、異丙醇超聲清洗，氮氣吹干，在2000rpm的轉(zhuǎn)速下旋涂PEDOT:PSS，150 °C烘烤20分 鐘，隨即移至氮氣氛圍下的手套箱中，自然冷卻，得到陽極修飾層。將20mg/mL的P3HT與 PC6tlBMl: 1 (質(zhì)量比）的混合溶液在800rpm的轉(zhuǎn)速下直接旋涂于上述陽極修飾層上，作為光 電活性層。然后將四乙醇乙酰丙酮鉭溶于乙醇中，體積比10 %的乙酸，攪拌3h。在4000rpm 的轉(zhuǎn)速下旋涂該溶液到光電活性層上，旋涂時間為10秒，在氮氣氛圍下靜置干燥20min，得 到陰極修飾層，最后，在5XKT5帕下真空蒸鍍IOOnm的鋁作電極。圖4給出了該器件在未 經(jīng)光照射和經(jīng)100毫瓦每平方厘米的模擬太陽光照射下的電流一電壓曲線。所制得的器件 在100毫瓦每平方厘米的模擬太陽光照射下開路電壓為0. 63伏，短路電流為9. 28毫安每 平方厘米，填充因子為0. 67,轉(zhuǎn)換效率為3. 93%。
[0031] 實施例4(正向結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池）
[0032] 將濺射有氧化銦錫（ITO)的透明導(dǎo)電玻璃依次用洗潔精、自來水、去離子水、丙 酮、異丙醇超聲清洗，氮氣吹干，在2000rpm的轉(zhuǎn)速下旋涂PED0T:PSS，150°C烘烤20分鐘， 隨即移至氮氣氛圍下的手套箱中，自然冷卻，得到陽極修飾層。將12. 5mg/mL的PBDTBDD與 PC6tlBMl: 1 (質(zhì)量比）的混合溶液在1200rpm的轉(zhuǎn)速下直接旋涂于上述陽極修飾層上，作為 光電活性層。然后將四乙醇乙酰丙酮鉭溶于乙醇中，攪拌3h。在3000rpm的轉(zhuǎn)速下旋涂該 溶液到光電活性層上，旋涂時間為30秒，旋涂后在氮氣氛圍下靜置干燥20min。到陰極修飾 層。最后，在5XKT5帕下真空蒸鍍IOOnm的鋁作電極。圖5給出了該器件在未經(jīng)光照射和 經(jīng)100毫瓦每平方厘米的模擬太陽光照射下的電流一電壓曲線。所制得的器件在100毫瓦 每平方厘米的模擬太陽光照射下開路電壓為0. 89伏，短路電流為12. 02毫安每平方厘米， 填充因子為〇. 72,轉(zhuǎn)換效率為7. 70%。
[0033] 上述對于示例性實施例進行說明，不應(yīng)理解為對本發(fā)明進行限制。雖然已經(jīng)公開 了多個示例性實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易理解示例性實施例中可能的多種變形，而沒 有從本質(zhì)上偏離本發(fā)明的新穎教導(dǎo)和優(yōu)點。因此，所有這些變形目的是包含在如權(quán)利要求 所定義的本發(fā)明的范圍中。
【主權(quán)項】
1. 一種聚合物太陽能電池陰極修飾材料，其特征在于，所述陰極修飾材料為四乙醇乙 酰丙酮鉭，化學(xué)結(jié)構(gòu)為：2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚合物太陽能電池陰極修飾材料的制備方法，其特征在 于，將陰極修飾材料四乙醇乙酰丙酮鉭溶液旋涂在光電活性層上，得到陰極修飾層。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種聚合物太陽能電池陰極修飾材料的制備方法，其特征在 于，所述四乙醇乙酰丙酮鉭溶液的溶劑為乙醇。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種聚合物太陽能電池陰極修飾材料的制備方法，其特征在 于，所述旋涂的轉(zhuǎn)速為2500-4000rpm。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種聚合物太陽能電池陰極修飾材料的制備方法，其特征在 于，所述四乙醇乙酰丙酮鉭溶液的溶劑含有體積比10 %的乙酸。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種聚合物太陽能電池陰極修飾材料的制備方法，其特征在 于，所述四乙醇乙酰丙酮鉭溶液經(jīng)攪拌3h之后再進行旋涂。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種聚合物太陽能電池陰極修飾材料的制備方法，其特征在 于，所述旋涂的轉(zhuǎn)速為3000rpm。8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種聚合物太陽能電池陰極修飾材料的制備方法，其特征在 于，所述旋涂時間為10-60秒。9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種聚合物太陽能電池陰極修飾材料的制備方法，其特征在 于，所述旋涂時間為30秒。10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種聚合物太陽能電池陰極修飾材料的制備方法，其特征 在于，旋涂后在氮氣氛圍下靜置干燥20min。
【專利摘要】本發(fā)明屬于聚合物太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種聚合物太陽能電池陰極修飾材料及其制備方法。所述陰極修飾材料為四乙醇乙酰丙酮鉭。在光電活性層上旋涂四乙醇乙酰丙酮鉭的溶液，即可得到陰極修飾層。本發(fā)明將四乙醇乙酰丙酮鉭溶液制成的薄膜作為陰極修飾層引入聚合物太陽能電池中，實現(xiàn)了電子的高效收集；與現(xiàn)有的溶膠凝膠法制備的TiO2和真空蒸鍍的LiF相比，本發(fā)明具有光電轉(zhuǎn)換效率高、工藝簡單，成本低廉，實驗重復(fù)性好、適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點。
【IPC分類】H01L51/46, H01L51/48, H01L51/42
【公開號】CN104966782
【申請?zhí)枴緾N201510232807
【發(fā)明人】譚占鰲, 古凌云, 李聰, 王福芝, 戴松元
【申請人】華北電力大學(xué)
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年5月8日