一種有機薄膜太陽能電池的制備方法及其有機薄膜太陽能電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種有機薄膜太陽能電池的制備方法及其有機薄膜太陽能電池，它包括以下步驟：(a)以載玻片作為襯底，在其表面形成導電氧化物薄膜，清洗烘干后作為陰極層待用；(b)在陰極層上形成具有電子傳輸性能的陰極修飾層；(c)在陰極修飾層上沉積電子給體材料與電子受體材料的混合物，形成光活性層；電子受體材料為[6，6]?C60?苯基丁酸甲酯或[6，6]?C70?苯基丁酸甲酯；(d)在光活性層上形成具有空穴傳輸性能的陽極修飾層；(e)在陽極修飾層上固化一層導電漿料，形成陽極層；(f)將步驟(e)得到的器件進行退火處理即可；通過采用特定的電子給體材料與電子受體材料，并結合現(xiàn)有工藝步驟，能夠獲得高光電轉化效率的有機薄膜太陽能電池。
【專利說明】
一種有機薄膜太陽能電池的制備方法及其有機薄膜太陽能電池
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于太陽能電池器件領域，具體涉及一種有機薄膜太陽能電池的制備方法及其有機薄膜太陽能電池。
【背景技術】
[0002]隨著全球經濟的快速發(fā)展，能源的消耗急劇增長，化石燃料的巨量使用不僅造成了煤、石油、天然氣等不可再生能源的日漸枯竭，威脅到人類社會的能源安全，而且大量二氧化碳的排放也造成了日益嚴重的社會環(huán)境問題。在這種形勢下，急需開發(fā)利用既經濟性能又高的清潔能源。其中，太陽能被視為可利用的、最有前途的、可再生能源之一，引起人們的廣泛關注。
[0003]太陽能的利用方案主要包括光熱和光伏兩大類，其中光伏發(fā)電以其高效、系統(tǒng)簡潔、長壽命、維護簡單等優(yōu)點備受青睞，成為太陽能利用的主流技術。光伏發(fā)電的核心元件是太陽能電池。在眾多種類的太陽能電池中，以單晶硅和多晶硅技術最為成熟，是目前市場上的主流。但目前這些太陽能電池的成本仍然較高，只能在一些特殊的場合使用。因此，要使太陽能發(fā)電得到大規(guī)模推廣，就必須提高太陽能電池的效率、降低其成本。有機薄膜太陽能電池技術被認為是最有吸引力、廉價的太陽能電池技術之一，這是因為有機材料合成成本低、功能易于調制、柔韌性及成膜性都較好;而且它的制造工藝不需要涉及無機物濺射、化學氣相沉積、高純度硅晶體生長制備、摻雜等薄膜工藝及昂貴的物理或化學加工手段，可以利用旋涂或噴墨打印等成膜技術，具有易實現(xiàn)大面積制造、制造過程相對簡單、可使用柔性襯底、環(huán)境友好、輕便易攜、器件制作成本低等特點。
[0004]近年來，隨著對有機太陽能電池材料和器件結構的不斷探索，有機太陽能電池的效率已經達到了 9%_10%。但目前報道的高性能有機太陽能電池器件，大都采用真空蒸鍍的方法來制備電極或者修飾層，而真空蒸鍍過程具有工藝復雜、時間長、成本高、能耗高、不利于大面積制備等缺點，極大地削弱了有機太陽能電池快速、低成本、易于大規(guī)模生產等優(yōu)勢。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術的不足而提供一種有機薄膜太陽能電池的制備方法。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案為:一種有機薄膜太陽能電池的制備方法，它包括以下步驟:
[0007](a)以載玻片作為襯底，在其表面形成導電氧化物薄膜，清洗烘干后作為陰極層待用；
[0008](b)在所述陰極層上形成具有電子傳輸性能的陰極修飾層；
[0009](C)在所述陰極修飾層上沉積電子給體材料與電子受體材料的混合物，形成光活性層;所述電子受體材料為[6，6]-C60-苯基丁酸甲酯或[6，6]-C70-苯基丁酸甲酯；
[0010](d)在所述光活性層上形成具有空穴傳輸性能的陽極修飾層；
[0011](e)在所述陽極修飾層上固化一層導電漿料，形成陽極層；
[0012](f)將步驟(e)得到的器件進行退火處理即可；
[0013]所述電子給體材料為聚乙烯基咪唑、1-乙烯基-3-乙基咪唑溴鹽聚合物、聚(3，4_亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)或聚(3-環(huán)己基-4-甲基噻吩-2，5-二基)(CAS號:160848-56-6);所述電子給體材料與所述電子受體材料的質量比為I?5:1。
[0014]優(yōu)化地，所述電子給體材料為聚(3，4_亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)，電子受體材料為[6，6 ] -C60-苯基丁酸甲酯;它們的質量比為2:1。
[0015]進一步地，所述陰極修飾層為Ti02、Zn0或Sn〇2。
[0016]本發(fā)明的又一目的在于提供一種有機薄膜太陽能電池，它由上述的有機薄膜太陽能電池的制備方法制得。
[0017]由于上述技術方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點:本發(fā)明有機薄膜太陽能電池的制備方法，通過采用特定的電子給體材料與電子受體材料，并結合現(xiàn)有工藝步驟，能夠獲得高光電轉化效率的有機薄膜太陽能電池。
【具體實施方式】
[0018]下面將對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行詳細說明。
[0019]實施例1
[0020]本實施例提供一種有機薄膜太陽能電池的制備方法，它包括以下步驟:
[0021](a)以載玻片作為襯底，在其表面形成導電氧化物薄膜(可以直接購買市售的銦錫氧化物，即ITO導電玻璃)，清洗烘干后作為陰極層待用；
[0022](b)將利用溶膠-凝膠法制備的ZnO納米粒子分散在氯苯中(濃度為50mg/mL)，然后旋涂在ITO導電玻璃上，勻膠機轉速為4500rpm，勻膠時間為30s，形成一層厚度為20nm的ZnO，并在180°C下加熱35min固化，冷卻形成具有電子傳輸性能的陰極修飾層；
[0023](c)在ZnO層上滴加含[6，6]-C70_苯基丁酸甲酯與聚乙烯基咪唑質量比為1:1、均勾混合的、總濃度為15mg/mL的氯苯溶液，控制勾膠機的轉速為4 O O O r pm，勾膠時間為3 O s，得到厚度為60nm的光活性層，并置于手套箱中在120°C下加熱15min固化，冷卻形成光活性層；
[0024](d)在光活性層上面旋涂一層聚(3，4_亞乙二氧基噻吩):聚(苯乙烯磺酸)層，控制勻膠機轉速為1500rpm，勻膠時間20s，使膜厚80nm左右，在150°C下加熱30min固化，冷卻得陽極修飾層；
[0025](e)在陽極修飾層表面利用絲網印刷形成一層導電銀漿料，其中漿料組份的質量百分比為:粒徑為Ιμπι的銀粉60 %、己二酸二甲酯30%、環(huán)氧樹脂I %、可溶性酚醛樹脂9%，形成厚度為2μπι的膜，并置于手套箱中在100°C下加熱40min固化形成陽極層；
[0026](f)將步驟(e)得到的器件置于手套箱中退火，得到有機薄膜太陽能電池。
[0027]實施例2
[0028]本實施例提供一種有機薄膜太陽能電池的制備方法，其步驟與實施例1中的基本一致，不同的是:步驟(C)中，電子給體材料為聚(3，4_亞乙二氧基噻吩)_聚(苯乙烯磺酸)，電子受體材料為[6，6]-060_苯基丁酸甲酯，它們的質量比為2:1。
[0029]實施例3
[0030]本實施例提供一種有機薄膜太陽能電池的制備方法，其步驟與實施例1中的基本一致，不同的是:步驟(C)中，電子給體材料為1-乙烯基-3-乙基咪唑溴鹽聚合物，電子受體材料為[6，6]460-苯基丁酸甲酯，它們的質量比為5:1。
[0031 ] 實施例4
[0032]本實施例提供一種有機薄膜太陽能電池的制備方法，其步驟與實施例1中的基本一致，不同的是:步驟(C)中，電子給體材料為聚(3-環(huán)己基-4-甲基噻吩-2，5_二基)(CAS號:160848-56-6)，電子受體材料為[6，6 ] -C60-苯基丁酸甲酯，它們的質量比為3:1。
[0033]實施例5
[0034]本實施例提供一種有機薄膜太陽能電池的制備方法，其步驟與實施例1中的基本一致，不同的是:步驟(b)中，利用溶膠-凝膠法制備得到T12納米粒子分散在氯苯中。
[0035]實施例6
[0036]本實施例提供一種有機薄膜太陽能電池的制備方法，其步驟與實施例1中的基本一致，不同的是:步驟(b)中，利用溶膠-凝膠法制備得到SnO2納米粒子分散在氯苯中。
[0037]對比例I
[0038]本實施例提供一種有機薄膜太陽能電池的制備方法，它包括以下步驟:
[0039](a)在玻璃基板上，利用溶膠-凝膠法制備厚度為SOnm的ITO透明導電薄膜，并刻蝕成具有一定寬度的細條狀，清洗干凈并烘干待用
[0040](b)將利用溶膠-凝膠法制備的ZnO納米粒子分散在氯苯中，濃度為50mg/mL，然后旋涂在ITO透明導電薄膜上，勾膠機轉速為4500rpm，勾膠時間為30s，形成一層厚度為20nm的ZnO，并在180°C下加熱35min固化，冷卻；
[0041 ] (c)在ZnO層上滴加含聚3-己基噻唑與[6，6]-C70-苯基丁酸甲酯質量比為4:1、均勾混合的、總濃度為15mg/mL的氯苯溶液，控制勾膠機的轉速為4 O O O r pm，勾膠時間為3 O s，得到厚度為60nm的光活性層，并置于手套箱中在120°C下加熱15min固化，冷卻；
[0042](d)在光活性層上面旋涂一層聚(3，4_亞乙二氧基噻吩):聚(苯乙烯磺酸)層，控制勻膠機轉速為1500rpm，勻膠時間20s，使膜厚80nm左右，在150°C下加熱30min固化，冷卻；
[0043](e)在聚(3，4_亞乙二氧基噻吩):聚(苯乙烯磺酸)層上面利用絲網印刷法形成一層導電銀漿料，其中漿料組份的質量百分比為:粒徑為Ιμπι的銀粉60%、己二酸二甲酯30%、環(huán)氧樹脂I %、可溶性酚醛樹脂9%，形成厚度為2μπι的膜，并置于手套箱中在100°C下加熱40min固化形成陽極層；
[0044](f)最后將整個器件置于手套箱中退火，得到有機薄膜太陽能電池。
[0045]將實施例1至實施例6、對比例I中的有機薄膜太陽能電池進行光電測試，其光電轉化效率分別為:9.5%、10.3%、8.9%、9.8%、9.0%、9.6%和8.5%。
[0046]上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發(fā)明的內容并據以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據本發(fā)明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種有機薄膜太陽能電池的制備方法，它包括以下步驟: (a)以載玻片作為襯底，在其表面形成導電氧化物薄膜，清洗烘干后作為陰極層待用； (b)在所述陰極層上形成具有電子傳輸性能的陰極修飾層； (C)在所述陰極修飾層上沉積電子給體材料與電子受體材料的混合物，形成光活性層；所述電子受體材料為[6，6]-C60-苯基丁酸甲酯或[6，6]-C70-苯基丁酸甲酯； (d)在所述光活性層上形成具有空穴傳輸性能的陽極修飾層； (e)在所述陽極修飾層上固化一層導電漿料，形成陽極層； (f)將步驟(e)得到的器件進行退火處理即可； 其特征在于:所述電子給體材料為聚乙烯基咪唑、1-乙烯基-3-乙基咪唑溴鹽聚合物、聚(3，4_亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)或聚(3-環(huán)己基-4-甲基噻吩-2，5-二基)；所述電子給體材料與所述電子受體材料的質量比為I?5:1。2.根據權利要求1所述的有機薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述電子給體材料為聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)，電子受體材料為[6，6 ]-C60-苯基丁酸甲酯;它們的質量比為2:1。3.根據權利要求2所述的有機薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述陰極修飾層為 T12、ZnO 或 SnO2。4.權利要求1至3中任一所述有機薄膜太陽能電池的制備方法制得的有機薄膜太陽能電池。
【文檔編號】H01L51/48GK105845828SQ201610172092
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】李浩然, 雷濤, 湯俏薇, 敖蓓, 馬文·彥恩
【申請人】浙江零維光伏科技有限公司