[发明专利]一种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/cm²430nm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、能量转换率高的聚合物太阳能电池。

本发明的技术方案如下：

一种聚合物太阳能电池，该电池为层状结构，且该层状结构依次为：阳极基底、空穴缓冲层、活性层、电子传输层、电子缓冲层、阴极层，即该电池的结构依次为：阳极基底/空穴缓冲层/活性层/电子传输层/电子缓冲层/阴极层。

该聚合物太阳能电池中，各功能层所用材质如下，

导电阳极基底为铟锡氧化物玻璃(ITO)、掺铟氧化锌玻璃(IZO)、掺氟氧化锡玻璃(FTO)或掺铝的化锌玻璃(AZO)中的任一种；

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，即PEDOT∶PSS混合物；

活性层的材料为聚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中的任一种；其中，P3HT∶PCBM的质量比控制在1∶0.8-1∶1的范围，MDMO-PPV∶PCBM或者MEH-PPV∶PCBM的质量比分别控制在1∶1-1∶4的范围；

所述电子传输层的材料为8-羟基喹啉铝(Alq₃)、4，7-二苯基-1，10-菲罗啉(Bphen)、1，2，4-三唑衍生物(如TAZ)或N-芳基苯并咪唑(TPBI)中的任一种；

电子缓冲层的材料为氧化锂(Li₂O)、氧化铯(Cs₂O)、碳酸氢铯(CsHCO₃)、磷酸锂(Li₃PO₄)或硝酸锂(LiNO₃)中的任一种；

阴极层的材料为铝(Al)、银(Ag)、金(Au)或铂(Pt)中的任一种金属。

本发明的另一目的在于提供上述聚合物太阳能电池的制备方法，其工艺步骤如下：

S1、将阳极基底依次在洗洁精，去离子水，丙酮，乙醇，异丙醇中超声清洗，去除表面的有机污染物，清洗干净后于功率10-50W下，对其进行氧等离子处理5-15min，或UV-臭氧处理5～50min；