[发明专利]一种聚合物太阳能电池阳极表面修饰方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物太阳能电池阳极表面修饰方法。

背景技术

太阳能是人类未来最理想的替代能源，将太阳能转化为电能的太阳能电池是目前各国研究的一个热点。聚合物太阳能电池具有无机太阳能电池所无法比拟的优点，如价格低廉、柔性、易于加工、可大面积制备等。

常见的聚合物太阳能电池，其结构一般包括阳极、光电活性层、阴极，阳极一般包括玻璃或柔性基板、阳极导电层ITO和阳极缓冲层PEDOT:PSS，阴极一般为金属电极。电极的功函数是决定电池开路电压的重要因素之一，聚合物太阳能电池的效率、使用寿命都与电极的功函数有着密切的关系。

共轭聚合物聚(3-己基)噻吩(P3HT)和C₆₀的复合薄膜有着优异的光电响应性和载流子传输性能，成为最有前途的聚合物太阳能电池光电活性材料之一，但与其他光电活性材料如P3HT/[6，6]-C₆₀-苯基丁酸甲酯(PCBM)相比存在着开路电压较低、光电转化效率不高等缺点。因此需要提供一种简单低成本的阳极表面修饰方法，引入较高功函数的表面修饰层，改善以P3HT/C₆₀为光电活性层的聚合物太阳能电池的开路电压和光电转化效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚合物太阳能电池阳极表面修饰的方法。

本发明所提供的聚合物太阳能电池阳极表面修饰的方法，包括如下步骤：

1)在氧化铟锡导电阳极上旋涂聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)掺杂聚苯乙烯磺酸溶液，干燥后得到聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)掺杂聚苯乙烯磺酸层，然后在聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)掺杂聚苯乙烯磺酸层上设置光电活性层；

2)将步骤1)处理得到的具有光电活性层和聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)掺杂聚苯乙烯磺酸层的氧化铟锡导电阳极置于H₂S、HCl和H₂O的混合气体中，保持10-200分钟；所述H₂S、HCl和H₂O的体积比为1∶(0.01-0.3)∶(0.001-0.01)。

本发明中所述光电活性层具体由聚(3-己基)噻吩和C₆₀组成；所述聚(3-己基)噻吩和C₆₀的质量比为1∶(0.5-2)；

所述聚(3-己基)噻吩的结构式如式I所示，其数均分子量为10000-300000Da；

(式I)。

所述光电活性层的厚度具体可为20nm-200nm。

本发明中所述H₂S、HCl和H₂O的混合气体，可以将H₂S、HCl、H₂O三种气体按照一定比例混合制备，也可以通过浓盐酸与金属硫化物反应制备，所述金属硫化物是能够与浓盐酸反应生成H₂S气体的金属硫化物，如：FeS、Na₂S、MgS等。

按照本发明方法处理得到的聚合物太阳能电池的阳极、以及用该阳极制备的聚合物太阳能电池也属于本发明的保护内容。

通过本发明所提供的方法，可以在导电阳极ITO表面形成一层厚度薄且粗糙度低的In₂S₃层，该修饰层具有较高的功函数，此方法能够提高聚合物太阳能电池的开路电压，从而提高太阳能电池的光电转化效率。

本发明修饰聚合物太阳能电池阳极的方法具有以下优点：

1、在旋涂PEDOT:PSS层和P3HT/C₆₀层后再对氧化铟锡阳极采用混合气体处理进行表面修饰，在PEDOT:PSS和P3HT/C₆₀薄膜存在下，In₂O₃转变为In₂S₃的反应能够平缓的进行，使得生成的In₂S₃层的粗糙度较低(如图3所示)，利于空穴收集和传输；

2、阳极表面修饰层In₂S₃层的厚度可以通过改变混合气体中三种气体的比例和在混合气体中的处理时间来控制(如表2所示)，方法简单易操作，成本低廉；

3、采用本发明方法处理过的聚合物太阳能电池，开路电压明显提高，光电转化效率也相应提高。

附图说明