[发明专利]一种并联式聚合物太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，尤其涉及一种并联式聚合物太阳能电池及其制备方法。

背景技术

1982年，Weinberger等研究了聚乙炔的光伏性质，制造出了第一个具有真正意义上的太阳能电池，但是当时的光电转换效率极低(10^-3％)。紧接着，Glenis等制作了各种聚噻吩的太阳能电池，当时都面临的问题是极低的开路电压和光电转换效率。直到1986年，C.W.Tang等首次将p型半导体和n型半导体引入到双层结构的器件中，才使得光电流得到了极大程度的提高，从此以该工作为里程碑，有机并联式聚合物太阳能电池蓬勃发展起来。

1992年Sariciftci等发现2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-1，4-苯乙(MEH-PPV)与复合体系中存在快速光诱导电子转移现象，引起了人们的极大兴趣，而在1995年，Yu等用MEH-PPV与C₆₀衍生物PCBM混合作为活性层制备了有机聚合物体异质结太阳能电池。器件在20mW/cm² 430nm的单色光照射下，能量转换效率为2.9％。这是首个基于聚合物材料与PCBM受体制备的本体异质结太阳能电池，并提出了复合膜中互穿网络结构的概念。至此，本体异质结结构在并联式聚合物太阳能电池中的应用得到了迅速的发展。这种结构也成为目前人们普遍采用的有机并联式聚合物太阳能电池结构。

聚合物太阳能电池的工作原理主要分为四部分：(1)光激发和激子的形成；(2)激子的扩散；(3)激子的分裂；(4)电荷的传输和收集。首先，共轭聚合物在入射光照射下吸收光子，电子从聚合物最高占有轨道(HOMO)跃迁到最低空轨道(LUMO)，形成激子，激子在内建电场的作用下扩散到给体/受体界面处分离成自由移动的电子和空穴，然后电子在受体相中传递并被阴极收集，空穴则通过给体相并被阳极收集，从而产生光电流，这就形成了一个有效的光电转换过程。

目前常用的结构为：ITO阳极/空穴缓冲层/活性层/电子缓冲层/阴极。这种结构由于阴极一般采用低功函的活泼金属；因此，容易与大气中的氧气发生反应，不利于电池的稳定性，给应用带来了很大的制约。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稳定性好、能量转换率高的并联式聚合物太阳能电池。

本发明的技术方案如下：

一种并联式聚合物太阳能电池，该电池为层状结构，且该层状结构依次为：基底、第一阴极层、第一电子缓冲层、第一活性层、第一空穴缓冲层、阳极层、第二空穴缓冲层、第二活性层、第二电子缓冲层、第二阴极层，即该电池的结构依次为：基底/第一阴极层/第一电子缓冲层/第一活性层/第一空穴缓冲层/阳极层/第二空穴缓冲层/第二活性层/第二电子缓冲层/第二阴极层。

该并联式聚合物太阳能电池中，各功能层所用材质如下，

所述第一阴极层和第二阴极层的材料分别为铝(Al)、银(Ag)、金(Au)或铂(Pt)中的任一种；

所述第一电子缓冲层和第二电子缓冲层的材料分别为氟化锂(LiF)、碳酸锂(Li₂CO₃)、碳酸铯(Cs₂CO₃)、氮化铯(CsN₃)或氟化铯(CsF)中的任一种；

所述第一活性层和第二活性层的材料分别为聚3-己基噻吩(P3HT)、聚[2-甲氧基-5-(3，7.二甲基辛氧基)对苯撑乙烯](MDMO-PPV)或聚[2-甲氧基-5-(2′-乙烯基-己氧基)聚对苯乙烯撑](MEH-PPV)分别与富勒烯丁酸甲酯衍生物(PCBM)混合后形成混合物中的任一种；即P3HT∶PCBM、MDMO-PPV∶PCBM或者MEH-PPV∶PCBM混合物中的任一种；

所述第一空穴缓冲层的材料为聚3，4-二氧乙烯噻吩(PEDOT)与聚苯磺酸钠(PSS)的混合物；

所述阳极层的材料为铝(Al)、银(Ag)、金(Au)或铂(Pt)中的任一种；

所述第二空穴缓冲层材料为三氧化钼(MoO₃)、三氧化钨(WO₃)、五氧化二钒(V₂O₅)或酞菁铜(CuPc)中的任一种；

所述基底采用普通的玻璃。

本发明的另一目的在于提供上述并联式聚合物太阳能电池的制备方法，其工艺步骤如下：

S1、先将玻璃基依次用洗洁精、去离子水、丙酮、乙醇、异丙醇超声清洗15min，去除玻璃表面的有机污染物；