一種有機(jī)太陽能電池制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有機(jī)光伏技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種有機(jī)太陽能電池制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源需求的急劇增加和對環(huán)境保護(hù)的不斷重視，人們對清潔能源的需求越來越大。太陽能取之不盡、用之不竭、廉價(jià)無污染，是人們能夠自由加以利用的能源，而太陽能電池是利用太陽能的有效手段。但占主導(dǎo)地位的硅基太陽能電池高昂的成本大大阻礙了它的發(fā)展和普及。而有機(jī)材料具有成本低、光吸收系數(shù)高、質(zhì)地輕、柔性好、制造工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，使其在太陽能電池中的應(yīng)用引起了人們的廣泛關(guān)注。有機(jī)太陽能電池已成為最有希望的下一代太陽能電池技術(shù)之一，也是世界太陽能研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。
[0003]在實(shí)驗(yàn)室條件下，大多用旋涂工藝制備有機(jī)太陽能電池，盡管最高效率已突破10 %，但旋涂工藝不僅制備過程比較復(fù)雜，而且造成原材料溶液的極大浪費(fèi)，將限制未來有機(jī)太陽能電池的大規(guī)模生產(chǎn)及商業(yè)化。除此之外，目前在有機(jī)太陽能電池里應(yīng)用最廣泛，技術(shù)最成熟的電極材料是Al、Ag電極，以及Ca類界面修飾層，之前取得的不少研究成果大都是基于Al、Ag電極以及Ca類界面修飾層的。但是Al、Ag電極以及Ca類界面修飾層的真空鍍膜法成本比較昂貴，且不利于有機(jī)太陽能電池的大規(guī)模生產(chǎn)。因此人們開始積極尋找Al、Ag電極以及Ca類界面修飾層的溶液制備方法并嘗試采用其他較簡單、低成本及大規(guī)模生產(chǎn)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于克服一般溶液旋涂、熱蒸鍍制備工藝高成本以及無法大規(guī)模生產(chǎn)的缺點(diǎn)，提供一種有機(jī)太陽能電池制備方法，在大大降低電池成本的同時(shí)還能有效適于大規(guī)模生產(chǎn)工藝及商業(yè)化。
[0005]—種有機(jī)太陽能電池的制備方法，包括以下步驟:
[0006]1)對ΙΤ0導(dǎo)電玻璃襯底進(jìn)行表面預(yù)處理，使其表面潔凈；
[0007]2)用0.45umPVDF過濾器過濾PEDOT:PSS水溶液，加入醇類摻雜得到水接觸角為3-5°的混合溶液；采用超聲噴涂工藝在ΙΤ0導(dǎo)電玻璃襯底上噴涂得到20-50nm的PED0T:PSS空穴傳輸層；熱處理蒸發(fā)除去溶劑；
[0008]3)將PCDTBT、PC71BM按質(zhì)量比為1:4溶于氯苯制得固含量為3_8mg/ml的混合溶液；采用超聲噴涂工藝在空穴傳輸層上噴涂得到50-100nm的P⑶TBT:PC71BM光學(xué)活性層；對PEDOT:PSS空穴傳輸層進(jìn)行熱處理蒸發(fā)除去溶劑；
[0009]4)以ZnO量子點(diǎn)溶液為原料，采用超聲噴涂工藝在光學(xué)活性層上制備得到厚度為5-10nm的ZnO量子點(diǎn)電子傳輸層；
[0010]5)以銀納米粒子膠體墨水為原料，采用超聲噴涂工藝在ZnO量子點(diǎn)電子傳輸層制備厚度為90-130nm的銀納米粒子陰極層；紅外光輻射燒結(jié)銀薄膜。
[0011]按上述方案，步驟1)表面預(yù)處理為:把玻璃依次放入氫氧化鈉水溶液、丙酮、乙醇和異丙醇中進(jìn)行超聲清洗，每次超聲lOmin，然后紫外臭氧處理lOmin。
[0012]按上述方案，步驟2)所述PEDOT:PSS水溶液中加入的醇類溶劑為異丙醇、乙二醇；所得混合溶液中異丙醇、乙二醇的體積百分?jǐn)?shù)各為10%。
[0013]按上述方案，步驟3)氯苯替換為二氯苯。
[0014]按上述方案，所述銀納米粒子膠體墨水按以下方法制備而來:以聚乙烯比咯烷酮為穩(wěn)定劑，將硼氫化鈉的水溶液滴加到硝酸銀水溶液中反應(yīng)制得直徑為20nm左右的銀納米粒子，將離心分離收集的銀納米粒子再溶解于乙醇中得到用于噴涂的膠體墨水。
[0015]按上述方案，所述紅外光輻射燒結(jié)為:將樣品移至紅外發(fā)射器下，發(fā)射器到樣品間距為7cm，燈絲溫度溫度為2250°C，然后對銀薄膜進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為4s。
[0016]PEDOT:PSS水溶液中加入醇類可有效控制其水接觸角和表面張力，使其適于有機(jī)太陽能電池的噴涂制備工藝。
[0017]將有機(jī)活性給體、受體材料分別溶于一定量氯苯或二氯苯中，可有效調(diào)節(jié)有機(jī)活性給體、受體混合液的水接觸角、表面張力、浸潤能力、揮發(fā)速率及干燥時(shí)間等，使其適于有機(jī)太陽能電池的噴涂制備工藝并減少有機(jī)活性層材料的浪費(fèi)。
[0018]將ZnO量子點(diǎn)電子傳輸層置于活性層和陰極層之間有利于電子的抽取，并對活性層進(jìn)行保護(hù)，避免其在金屬陰極的溶液涂敷時(shí)受到破壞，同時(shí)采用噴涂制備工藝可減少蒸鍍等工藝帶來的高制備成本。
[0019]采用噴涂工藝制備銀納米粒子陰極層可以減少陰極層材料的浪費(fèi)和蒸鍍等工藝帶來的高制備成本。
[0020]采用紅外燈光對銀薄膜進(jìn)行輻射燒結(jié)，可促進(jìn)銀納米粒子之間的連接、成頸、長晶及致密化，制備高電導(dǎo)率和高反光能力銀電極。
[0021]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，有益效果如下:
[0022]采用此逐層噴涂工藝可進(jìn)行1-36個(gè)甚至更多有機(jī)電池器件的同時(shí)制備；同時(shí)此逐層噴涂工藝可在大氣環(huán)境下以及強(qiáng)光或弱光條件下制備有機(jī)電池器件；還可以在噴涂過程中對各薄膜層進(jìn)行有效的膜處理和熱處理；不僅可以節(jié)省原材料降低成本，還有利于未來有機(jī)太陽能電池的大規(guī)模生產(chǎn)及商業(yè)化。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下實(shí)施例進(jìn)一步闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案，但不作為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0024]本發(fā)明有機(jī)太陽能電池的制備過程如下:
[0025](本實(shí)驗(yàn)超聲噴涂儀采用Prism300, Ultrasonic Systems公司)
[0026]1)對ΙΤ0導(dǎo)電玻璃襯底進(jìn)行表面預(yù)處理，使其表面潔凈；
[0027]把玻璃依次放入20%氫氧化鈉水溶液、丙酮、乙醇和異丙醇中進(jìn)行超聲清洗，每次超聲lOmin，然后紫外臭氧處理lOmin。
[0028]2)用0.45umPVDF過濾器過濾PEDOT:PSS水溶液，按體積比1:8:1加入10 % IPA、10% EG對PEDOT:PSS(Clev1s?AI 4083)得到混合溶液；把樣品移至超聲噴涂儀中，用加熱臺控制襯底溫度為50 °C，將摻雜好的PEDOT:PSS采用超聲噴涂的方式在所述ΙΤ0導(dǎo)電玻璃襯底上超聲噴涂厚度為30nm的PEDOT:PSS空穴傳輸層，噴嘴到樣品間距為7cm，移動(dòng)速度為80mm/s。PED0T:PSS薄膜在120°C下熱處理lOmin備用。(本實(shí)驗(yàn)超聲噴涂儀采用Prism 300，Ultrasonic Systems 公司)
[0029]3)按質(zhì)量比P⑶TBT:PC71BM為1:4溶于氯苯制得固含量為5mg/ml的混合溶液；把樣品移至超聲噴涂儀中，用加熱臺控制襯底溫度為40-50°C，通過超聲噴涂儀超聲噴涂上述PCDTBT:PC71BM混合液的方式在所述PEDOT:PSS空穴傳輸層上得到厚度為80nm的PCDTBT:PC71BM光學(xué)活性層，噴嘴到樣品間距為5cm，移動(dòng)速度為50mm/s。
[0030]4)以ZnO量子點(diǎn)溶液為原料，采用超聲噴涂工藝在光學(xué)活性層上制備得到厚度為5-9nm的ZnO量子點(diǎn)電子傳輸層；
[0031 ] 將氫氧化鉀的甲醇溶液逐步滴加到溫度在60°C左右的醋酸鋅溶液中，保持恒溫反應(yīng)制得所需ZnO量子點(diǎn)。將離心分離后收集的ZnO量子點(diǎn)再次分散在甲醇溶液中。將沸點(diǎn)高的丁醇按照一定的比例加入ZnO量子點(diǎn)的甲醇溶液中制得ZnO量子點(diǎn)溶液；用0.45umPVDF過濾器過濾ZnO量子點(diǎn)溶液，然后把樣品移至超聲噴涂儀中，用加熱臺控制襯底溫度為80°C，在所述P⑶TBT:PC71BM活性層上超聲噴涂厚度為7nm的ZnO量子點(diǎn)電子傳輸層，噴嘴到樣品間距為5cm，移動(dòng)速度為150mm/s。
[0032]5)以銀納米粒子膠體墨水為原料，采用超聲噴涂工藝在ZnO量子點(diǎn)電子傳輸層制備厚度為90-120nm的銀納米粒子陰極層；紅外光輻射燒結(jié)銀薄膜；
[0033]以聚乙烯比咯烷酮(PVP)為穩(wěn)定劑，將硼氫化鈉的水溶液滴加到硝酸銀水溶液中反應(yīng)制得直徑為20nm左右的銀納米粒子，將離心分離收集銀量子點(diǎn)后在溶解于乙醇中得到用于超聲噴涂的膠體墨水；用0.45umPVDF過濾器過濾銀納米粒子膠體墨水，然后把樣品移至超聲噴涂儀中，將定制的掩膜版置于ZnO層表面，在所述ZnO量子點(diǎn)電子傳輸層上超聲噴涂厚度為100nm的銀納米粒子陰極層，噴嘴到樣品間距為5cm，移動(dòng)速度為55mm/s，然后干燥固化形成陰極所需圖案；將樣品移至紅外發(fā)射器下，發(fā)射器到樣品間距為7cm，燈絲溫度溫度為2250°C，然后對銀薄膜進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為4s，促使銀量子點(diǎn)之間的連接、成頸、長晶及致密化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種有機(jī)太陽能電池的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)對ITO導(dǎo)電玻璃襯底進(jìn)行表面預(yù)處理，使其表面潔凈； 2)用0.45umPVDF過濾器過濾PEDOT:PSS水溶液，加入醇類得到水接觸角為3_5°的混合溶液；采用超聲噴涂工藝在ITO導(dǎo)電玻璃襯底上噴涂得到20-50nm的PEDOT:PSS空穴傳輸層；熱處理蒸發(fā)除去溶劑； 3)將P⑶TBT、PC71BM按質(zhì)量比為1:4溶于氯苯制得固含量為3_8mg/ml的混合溶液；采用超聲噴涂工藝在空穴傳輸層上噴涂得到50-100nm的P⑶TBT:PC71BM光學(xué)活性層；對PEDOT:PSS空穴傳輸層進(jìn)行熱處理蒸發(fā)除去溶劑； 4)以ZnO量子點(diǎn)溶液為原料，采用超聲噴涂工藝在光學(xué)活性層上制備得到厚度為5-10nm的ZnO量子點(diǎn)電子傳輸層； 5)以銀納米粒子膠體墨水為原料，采用超聲噴涂工藝在ZnO量子點(diǎn)電子傳輸層制備厚度為90-130nm的銀納米粒子陰極層；紅外光輻射燒結(jié)銀薄膜。2.如權(quán)利要求1所述有機(jī)太陽能電池的制備方法，其特征在于步驟1)表面預(yù)處理為:把玻璃依次放入氫氧化鈉水溶液、丙酮、乙醇和異丙醇中進(jìn)行超聲清洗，每次超聲lOmin，然后紫外臭氧處理lOmin。3.如權(quán)利要求1所述有機(jī)太陽能電池的制備方法，其特征在于步驟2)所述PEDOT:PSS水溶液中加入的醇類溶劑為異丙醇、乙二醇；所得混合溶液中異丙醇、乙二醇的體積百分?jǐn)?shù)各為10% ο4.如權(quán)利要求1所述有機(jī)太陽能電池的制備方法，其特征在于步驟3)氯苯替換為二氯苯。5.如權(quán)利要求1所述有機(jī)太陽能電池的制備方法，其特征在于所述銀納米粒子膠體墨水按以下方法制備而來:以聚乙烯比咯烷酮為穩(wěn)定劑，將硼氫化鈉的水溶液滴加到硝酸銀水溶液中反應(yīng)制得直徑為20nm左右的銀納米粒子，將離心分離收集的銀納米粒子再溶解于乙醇中得到用于噴涂的膠體墨水。6.如權(quán)利要求1所述有機(jī)太陽能電池的制備方法，其特征在于所述紅外光輻射燒結(jié)為:將樣品移至紅外發(fā)射器下，發(fā)射器到樣品間距為7cm，燈絲溫度溫度為2250°C，然后對銀薄膜進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為4s。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種有機(jī)太陽能電池的制備方法。包括以下步驟：對ITO導(dǎo)電玻璃襯底進(jìn)行表面預(yù)處理，使其表面潔凈；PEDOT：PSS水溶液加入醇類摻雜，采用超聲噴涂工藝得到空穴傳輸層；將PCDTBT、PC71BM按質(zhì)量比為1:4溶于氯苯制得固含量為3-8mg/ml的混合溶液；采用超聲噴涂工藝得到光學(xué)活性層；以ZnO量子點(diǎn)溶液為原料，采用超聲噴涂工藝制備得到電子傳輸層；以銀納米粒子膠體墨水為原料，采用超聲噴涂工藝制備銀納米粒子陰極層。本發(fā)明逐層噴涂工藝可在大氣環(huán)境下以及強(qiáng)光或弱光條件下制備有機(jī)電池器件；還可以在噴涂過程中對各薄膜層進(jìn)行有效的膜處理和熱處理；節(jié)省原材料降低成本，有利于大規(guī)模生產(chǎn)及商業(yè)化。
【IPC分類】H01L51/44, B05D1/38, H01L51/48
【公開號】CN105261705
【申請?zhí)枴緾N201510791336
【發(fā)明人】王濤, 姜付本, 閆宇
【申請人】武漢理工大學(xué)
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年11月17日