一種提高基于富勒烯的有機(jī)太陽能電池性能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高基于富勒烯的有機(jī)太陽能電池性能的方法，屬于有機(jī)光電子器件技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]能源問題目前已是全球共同關(guān)注的話題，各國都著力于清潔能源的開發(fā)。太陽能電池是利用太陽輻射能比較切實(shí)可行的方法，隨著太陽能電池成本的降低，其在人們的生活中發(fā)揮越來越多的作用。
[0003]單晶硅、多晶硅和非晶硅系列的太陽能電池是目前應(yīng)用最廣泛的太陽能電池，但是它們存在幾個(gè)缺點(diǎn)。相比于上述的無機(jī)太陽能電池，有機(jī)太陽能電池有著材料來源廣泛、制作工藝更加簡單并且靈活、生產(chǎn)過程中不會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)、可以在柔性或非柔性襯底上加工、半透明且色彩可選等顯著優(yōu)勢。這些特點(diǎn)使得有機(jī)太陽能電池具有廣闊的發(fā)展前景。
[0004]有機(jī)太陽能電池具有和無機(jī)娃光伏電池相同的最高理論轉(zhuǎn)換效率。自1995年美國加州大學(xué)的A.J.Heeger團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了基于共軛聚合物/富勒烯及其衍生物互傳網(wǎng)絡(luò)異異質(zhì)結(jié)型薄膜太陽電池以來，經(jīng)過二十余年的研究，聚合物太陽能電池在材料體系設(shè)計(jì)和器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面取得了很大的進(jìn)步，器件的效率從最初報(bào)道的1%到目前突破10.6%，逐步逼近15%的實(shí)用性指標(biāo)。目前，制約有機(jī)太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率的主要因素是電池的光譜響應(yīng)范圍與太陽光地面輻射光譜不匹配、載流子的迀移率不高以及電極對其收集效率低等，并且材料的氧化和還原導(dǎo)致器件不穩(wěn)定，重結(jié)晶和溫度變化導(dǎo)致了器件的衰老，每個(gè)層面的問題都對研究者提出了很大的挑戰(zhàn)。在有機(jī)材料合成和器件結(jié)構(gòu)方面研究人員已經(jīng)做了大量的研究，并且已經(jīng)基本完備。現(xiàn)在的研究重點(diǎn)在工藝技術(shù)的改進(jìn)，特別是對活性層形貌的調(diào)控。
[0005]通過器件的處理工藝可以實(shí)現(xiàn)活性層薄膜形貌結(jié)構(gòu)的有效微相調(diào)控，提升聚合物太陽能電池的整體綜合性能。目前比較常用的處理工藝包括溶劑退火、添加劑改性和熱退火等。但是它們都存在一些缺陷。添加劑改性的缺點(diǎn)是高沸點(diǎn)添加劑容易殘留而導(dǎo)致J-V曲線變成S形，影響器件的填充因子和效率。溶劑退火的缺點(diǎn)在于退火時(shí)間長，處理效率低，并且對于大面積器件的處理不適用。熱退火時(shí)間和溫度必須適宜才能使電池達(dá)到最佳性能，退火時(shí)間過長或溫度過高都會(huì)使給體和受體材料的相區(qū)尺寸大于激子擴(kuò)散長度，導(dǎo)致激子大量損失，反而會(huì)降低電池效率。對于低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的高透明柔性襯底，熱退火可能會(huì)造成襯底的破壞而不適用。
[0006]總體看來，目前在有機(jī)太陽能電池的活性層形貌調(diào)控方面仍缺乏一種生產(chǎn)工藝簡便，并且能用于低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的高透明柔性襯底的處理技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:針對目前有機(jī)太陽能電池器件處理工藝技術(shù)的不足，提出一種采用適當(dāng)時(shí)間的UV紫外光源對基于富勒烯的有機(jī)太陽能電池的活性層表面進(jìn)行照射處理，提高基于富勒烯的有機(jī)太陽能電池的性能，特別是光電轉(zhuǎn)換效率得到提升的一種提高基于富勒烯的有機(jī)太陽能電池性能的方法。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是:一種提高基于富勒烯的有機(jī)太陽能電池性能的方法所述的有機(jī)太陽能電池的活性層是含有基于富勒烯的聚合物，在制備有機(jī)太陽能電池的過程中，使用紫外光照射處理活性層。
[0009]優(yōu)選的，所述的活性層是基于富勒烯的聚合物和共軛聚合物共混，活性層的受體材料為基于富勒烯的聚合物，給體材料為共軛聚合物。
[0010]優(yōu)選的，所述的有機(jī)太陽能電池的結(jié)構(gòu)是本體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。
[0011]優(yōu)選的，所述的紫外光為UVA光或UVB光。
[0012]優(yōu)選的，所述的有機(jī)太陽能電池的結(jié)構(gòu)制備順序包括陽極、空穴傳輸層、活性層、電子傳輸層、陰極；所述活性層的制備方法如下:在氮?dú)猓氖痔紫渲?，空穴傳輸層上面旋涂共軛聚合物和富勒烯聚合物共混溶液，形成活性層，在氮?dú)猓氖痔紫渲?，使用紫外光源照射處理活性層，?jīng)過紫外光照處理之后，對活性層進(jìn)行熱退火處理。
[0013]優(yōu)選的，所述的旋涂活性層的方法為旋涂法、刮涂法、噴涂法或印刷法。
[0014]步驟一:選擇鍍有氧化銦錫ITO電極的透明玻璃作為陽極層，將ITO刻蝕，并將ITO玻璃襯底清洗干凈；
[0015]步驟二:空穴傳輸層的制備:在干凈的ITO玻璃上旋涂40-50nm的聚[3.4-乙撐二氧噻吩](PEDOT) ??聚(苯乙烯磺酸酯)(PSS)形成空穴傳輸層，靜置一段時(shí)間后，對其進(jìn)行熱退火處理；
[0016]步驟三:活性層的制備:在氮?dú)?，除水的手套箱中，空穴傳輸層上面旋?00?150nm的聚3-己基噻吩(P3HT)和[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)溶液，形成活性層，在氮?dú)?，除水的手套箱中，使用UVA或UVB紫外光源照射處理活性層，經(jīng)過紫外光照處理之后，對活性層進(jìn)行熱退火處理；
[0017]步驟四:電子傳輸層的制備:在活性層上使用氣相沉積儀器蒸鍍厚度為0.Snm的氟化鋰(LiF)作為電子傳輸層，其蒸鍍的氣壓環(huán)境小于4X10 4Pa;
[0018]步驟五:陰極電極的制備:在電子傳輸層上使用氣象沉淀儀器蒸鍍厚度為120?150nm的鋁(Al)作為陰極，其蒸鍍的氣壓環(huán)境小于4X 10 4Pa。
[0019]有益效果:
[0020]本發(fā)明采用適當(dāng)時(shí)間的UV光照射有機(jī)太陽能電池活性層，使得活性層中的富勒烯發(fā)生光致齊聚反應(yīng)，抑制了部分結(jié)晶的產(chǎn)生，提升了電荷載流子的傳輸效率以及迀移率，從而使得有機(jī)太陽能電池的性能提升，特別是光電轉(zhuǎn)換效率得到較大提升。本發(fā)明工藝簡單，成本低，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，并且可以用于各種基底，比如基于PET基底的柔性有機(jī)太陽能電池，可將該方法廣泛應(yīng)用到有機(jī)太陽能電池的生產(chǎn)領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的作進(jìn)一步說明。
[0022]圖1是本發(fā)明制備有機(jī)太陽能電池的主要工作流程圖。
[0023]圖2是本發(fā)明有機(jī)太陽能電池的器件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3是使用UVA紫外光源處理活性層為聚3-己基噻吩(P3HT)和[6，6]-苯基-C61- 丁酸甲酯(PC61BM)的有機(jī)太陽能電池后的能量轉(zhuǎn)換效率隨光照能量的變化圖。
[0025]圖4是使用UVB紫外光源處理活性層為聚3-己基噻吩(P3HT)和[6，6]-苯基-C61- 丁酸甲酯(PC61BM)的有機(jī)太陽能電池后的能量轉(zhuǎn)換效率隨光照能量的變化圖。
[0026]圖5是使用UVA紫外光源處理活性層為聚3-己基噻吩(P3HT)和[6，6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC71BM)的有機(jī)太陽能電池后的能量轉(zhuǎn)換效率隨光照能量的變化圖。
[0027]圖6是使用UVB紫外光源處理活性層為聚3-己基噻吩(P3HT)和[6，6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC71BM)的有機(jī)太陽能電池后的能量轉(zhuǎn)換效率隨光照能量的變化圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]實(shí)施例1
[0029]圖1是制備有機(jī)太陽能電池的主要工作流程圖，其中(I)為器件在旋涂儀器上旋涂活性層，(2)為在氮?dú)猸h(huán)境下使用紫外光照射器件的活性層，(3)為活性層的熱退火處理，(4)為蒸鍍電子傳輸層和陰極。
[0030]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1和例2有機(jī)太陽能電池的器件結(jié)構(gòu)示意圖，其中(5)為陽極，(6)為空穴傳輸層，(7)為活性層，(8)為電子傳輸層，(9)為陰極。
[0031]本實(shí)施采用標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)太陽能電池制備方法，包括如下步驟:
[0032]1、選擇鍍有ITO電極的透明玻璃作為陽極層(5)，將ITO刻蝕，并將ITO玻璃襯底清洗干凈。
[0033]2、空穴傳輸層的制備:在干凈的ITO玻璃上旋涂40-50nm的聚[3.4-乙撐二氧噻吩](PEDOT) ??聚(苯乙烯磺酸酯)(PSS)形成空穴傳輸層(6)。靜置一段時(shí)間后，對其進(jìn)行熱退火處理，溫度為120°C，時(shí)間為I小時(shí)。
[0034]3、活性層的制備:在手套箱(氮?dú)?，除水環(huán)境)中，在空穴傳輸層(6)上面旋涂100-150nm的聚3-己基噻吩(P3HT)和[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)共混溶液，形成活性層(7)。在手套箱(氮?dú)猓h(huán)境)中，使用波長為365nm的UVA紫外光源照射處理活性層(7)，光照處理時(shí)間分別為I分鐘，2分鐘，3分鐘和5分鐘。經(jīng)過紫外光照處理之后，對活性層(7)進(jìn)行熱退火處理，溫度為120°C，時(shí)間為15分鐘。由圖3可知以上紫外光處理時(shí)間所對應(yīng)的器件能量轉(zhuǎn)換效率。
[0035]4、電子傳輸層的制備:在活性層(7)上使用氣相沉積儀器蒸鍍厚度為0.Snm的氟化鋰(LiF)作為電子傳輸層8，其蒸鍍的氣壓環(huán)境小于4X10 4Pa。
[0036]5、陰極電極的制備:在電子傳輸層⑶上使用氣象沉淀儀器蒸鍍厚度為120-150nm的鋁(Al)作為陰極(9)，其蒸鍍的氣壓環(huán)境小于4X 10 4Pa。
[0037]實(shí)施例2
[0038]采用UVB紫外光照射處理有機(jī)太陽能電池活性層。
[0039]制備方法除了步驟3不同外，其各層的工藝制備方法與實(shí)施例1相同。實(shí)施例2中的活性層的