[发明专利]碳基太阳能电池光敏薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光敏薄膜及制备方法，尤其是一种碳基太阳能电池光敏薄膜及其制备方法。

背景技术

随着煤、石油、天然气等传统资源的逐渐枯竭，有着取之不尽、用之不竭，且价廉物美特点的洁净新能源——太阳能已成为世界各国开发和利用的重点。近期，人们为了更有效地利用太阳能，作了各种有益的探索，如在2010年12月29日公布的中国发明专利申请文件CN 101928196A中披露的一种“一类含茚富勒烯衍生物受体材料及其制备方法和用途”。该申请文件中提及的用途部分公开了一种光伏器件及其制备方法：光伏器件为聚合物太阳能电池，其由导电玻璃基底上依次覆有的空穴传输层和活性层组成，其中，空穴传输层由聚(3，4-乙烯基二氧噻吩)和聚(苯乙烯磺酸盐)构成，活性层由聚(3-己基噻吩)和富勒烯构成；制备方法为先于导电玻璃上涂敷一层厚30nm的、摩尔比为1∶1的聚(3，4-乙烯基二氧噻吩)和聚(苯乙烯磺酸盐)的混合物，再于其上涂敷厚度为100nm的、重量比为1∶1的聚(3-己基噻吩)和富勒烯的混合物，之后，于80℃下加热半小时，获得最终产物。但是，无论是最终产物，还是其制备方法，都存在着欠缺之处，首先，构成最终产物活性层的给体材料聚(3-己基噻吩)和受体材料富勒烯的物相结构不理想，两者间仅为分子级共混，不利于形成有效的电荷传输通道和激子分离界面，致使太阳能电池的能量转化效率偏低；其次，制备方法不能得到更高能量转化效率的太阳能电池。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的欠缺之处，提供一种光敏活性层为纤维网络结构的碳基太阳能电池光敏薄膜。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述碳基太阳能电池光敏薄膜的制备方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：碳基太阳能电池光敏薄膜由透明导电衬底上依次覆有的空穴传输层和光敏活性层组成，其中，光敏活性层由给体与受体构成，特别是，

所述给体为纤维堆积层，其纤维的直径为80～800nm，由聚噻吩衍生物或聚苯乙烯衍生物或两者的混合物构成；

所述受体为富勒烯衍生物，或碳纳米管，或苝，其充填于给体的纤维之间。

作为碳基太阳能电池光敏薄膜的进一步改进，所述的空穴传输层的厚度为20～80nm，其由质量比为1∶1.6～18的聚(3，4-乙烯基二氧噻吩)和聚(苯乙烯磺酸盐)构成；所述的光敏活性层的厚度为80～800nm，其由摩尔比为1∶0.8～1.2的给体和受体构成。

为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：上述碳基太阳能电池光敏薄膜的制备方法包括于透明导电衬底上涂敷空穴传输层，特别是完成步骤如下：

步骤1，先将聚噻吩衍生物或聚苯乙烯衍生物或两者的混合物与溶剂配制成浓度为9～15wt％的纺丝溶液，其中，溶剂为氯仿、氯代苯、二氯代苯、甲苯、环己酮中的一种或两种以上的混合物，再将纺丝溶液置于静电纺丝机中，以其上覆有空穴传输层的透明导电衬底接地后作为收集板进行静电纺丝，得到其上依次覆有空穴传输层和纤维堆积层给体的透明导电衬底；

步骤2，先将富勒烯衍生物或碳纳米管或苝与溶剂配制成浓度为10～50mg/mL的受体溶液，其中，溶剂为辛硫醇，或四氢呋喃，或异丙醇，或二甲基甲酰胺，或丙酮，再将受体溶液于惰性气氛下涂覆于其上依次覆有空穴传输层和纤维堆积层给体的透明导电衬底上，至少1h后进行真空干燥处理，制得碳基太阳能电池光敏薄膜。

作为碳基太阳能电池光敏薄膜的制备方法的进一步改进，所述的静电纺丝时的静电电压为15～25kV；所述的按照给体和受体的摩尔比为1∶0.8～1.2的比例，将受体溶液涂覆于其上依次覆有空穴传输层和纤维堆积层给体的透明导电衬底上，其中，涂覆为旋涂，或喷涂，或刷涂，或浸渍；所述的真空干燥时的真空度为≤0.1MPa、温度为80℃；所述的于透明导电衬底上涂敷空穴传输层为，将聚(3，4-乙烯基二氧噻吩)和聚(苯乙烯磺酸盐)按照质量比为1∶1.6～18的比例配制成固含量为1～3％的混合物水溶液后，涂覆于透明导电衬底上，于110～130℃下干燥即可，其中，透明导电衬底为导电玻璃，或导电塑料薄膜，涂覆为甩涂，或刷涂，或喷涂；所述的于透明导电衬底上涂敷空穴传输层之前，对其依次使用清洁液、去离子水、乙醇、丙酮清洗后，用氮气吹干。