[发明专利]一种增强有机聚合物太阳能电池效率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面等离激元及太阳能光伏技术领域，尤其是一种利用Au表面等离激元增强有机聚合物太阳能电池效率的方法。

背景技术

近几年来，有机聚合物太阳能电池由于其重量轻、成本低、制备简单及可制备成柔性器件等优点，已经成为国内外科学工作者研究的焦点，越来越多的工作者致力于聚合物太阳能电池相关材料和器件工艺的研究。但是有机聚合物太阳能电池的效率相对较低，因此各种提高有机聚合物太阳能电池效率的方法受到研究者的关注。

近年来，金属表面等离激元作为一种陷光结构，用于提高太阳电池光吸收的研究受到国内外科研界和产业界的普遍重视。不同的金属纳米颗粒由于其自由电子密度不同，其表面等离激元共振峰的峰位不同，可应用到不同的材料的太阳能电池中。其表面等离激元共振峰的峰位同样随着金属纳米颗粒的尺寸而变化。

将金属表面等离激元陷光结构应用到有机聚合物太阳能电池中，其主要通过两种机制作用于太阳能电池：1)散射机制，入射光激发金属表面等离激元后，激发态的表面等离激元借助纳米颗粒的强散射作用，将等离激元的能量耦合成光以不同的角度散射进入太阳电池，增加了光在太阳电池中传播的光程，从而增强太阳电池对光的吸收，提高太阳电池效率。2)近场增强效应，当入射光激发金属表面等离激元后，会引起纳米颗粒附近局域范围内的电磁场显著增强，从而使该区域介质光吸收系数大大增加，进而电池的效率得到提高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的在于，提供一种利用Au表面等离激元增强有机聚合物太阳能电池效率的方法，在有机聚合物太阳能电池的空穴传输层中掺入Au纳米颗粒，利用Au表面等离激元的近场增强作用，增加聚合物太阳能电池光敏层的光吸收，提高有机聚合物电池的效率。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种增强有机聚合物太阳能电池效率的方法，该方法是在有机聚合物太阳能电池的空穴传输层中掺入Au纳米颗粒，包括：

步骤1：用柠檬酸钠的水溶液作为还原剂，还原氯金酸，在沸腾条件下反应一定时间得到Au纳米颗粒的胶体溶液；

步骤2：将Au纳米颗粒的胶体溶液置于离心管中，在一定转速下离心，可得到Au纳米颗粒；

步骤3：将获得的Au纳米颗粒分散到一定体积的乙醇中，得到Au纳米颗粒的水溶性溶液；

步骤4：用移液器取出Au纳米颗粒水溶性溶液，按一定的比例掺入到PEDOT:PSS中，混合均匀，得到含Au纳米颗粒的PEDOT:PSS溶液；

步骤5：将含Au纳米颗粒的PEDOT:PSS溶液旋涂到ITO衬底上，经退火后得到掺Au纳米颗粒的PEDOT:PSS空穴传输层。

为达到上述目的，本发明还提供了一种制备有机聚合物太阳能电池的方法，包括：

步骤1：清洗图案化的ITO/玻璃衬底；

步骤2：在ITO/玻璃衬底上制备一层含Au纳米颗粒的PEDOT:PSS层作为空穴传输层；

步骤3：在含Au纳米颗粒的PEDOT:PSS层上旋涂一层PEDOT:PSS层；

步骤4：擦除一侧的PEDOT:PSS，至露出ITO表面，作为电池的阳极；

步骤5：在PEDOT:PSS层上制备有机物聚噻吩和富勒烯衍生物的共混层作为光敏层；

步骤6：在聚合物/富勒烯衍生物共混层上制备Al电极，作为电池的阴极；

步骤7：退火，电池制备完毕。

(三)有益效果

本发明将Au纳米颗粒应用在有机聚合物太阳能电池的空穴传输层中，成功制备出了Au表面等离激元增强的太阳能电池。本发明将Au纳米颗粒掺入到空穴传输层中，由于表面等离激元的近场增强作用，电池的光敏层的光吸收增加，激子的产率增加，载流子浓度增加，从而提高了短路电流密度，有机聚合物太阳能电池的效率提高。

附图说明

图1为本发明的有机聚合物太阳能电池的结构示意图。

图2为根据本发明实例制备的有机聚合物太阳能电池在一个标准太阳光AM(1.5G)下的光电流密度-光电压曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。