[发明专利]聚合物太阳能电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物太阳能电池的制备方法，属于太阳能电池制造领域。

背景技术

聚合物太阳能电池一般由共轭聚合物给体和富勒烯衍生物受体的共混膜夹在纳米铟锡金属氧化物(ITO)透明正极和金属负极之间组成，具有成本低、重量轻、易调控、制备过程简单、可制备柔性器件等突出优点，面对日益严峻的能源危机和传统能源带来的高污染高成本等问题，聚合物太阳能电池作为新型可再生能源成为当前研究热点。

在聚噻吩(P3HT)/富勒烯衍生物(PCBM)共混作为光敏层的聚合物太阳能电池中，P3HT/PCBM体系存在电子能级匹配性不好的缺陷，限制了其能量转换效率的进一步提高。所以提升聚合物的结晶性能并优化P3HT/PCBM的两相相分离尺度对于提高聚合物太阳能电池性能至关重要(Advanced Functional Materials 2003，13，85；Nature Materials 2005，4，864)。

现有提升聚合物太阳能电池性能的技术主要有热处理和溶剂气氛退火。热处理由于其高温导致聚合物降解因而需要在惰性气体中进行，操作比较繁琐。溶剂气氛退火是将共混薄膜置于溶剂自然挥发形成的气氛中一段时间进行退火，这种方法可在常温下有效的提升P3HT的结晶度和电池效率。

溶剂气氛退火可分为良溶剂气氛退火和不良溶剂气氛退火。良溶剂气氛退火，即采用P3HT的良溶剂，如氯仿、二硫化碳、氯苯等进行气氛退火。良溶剂气氛退火处理时间短，但是处理过程中溶剂蒸汽浓度的波动对电池性能影响很大，薄膜易因溶剂蒸汽浓度过高而溶解，导致电池性能大幅度降低，因此生产精度要求高，操作难度大。不良溶剂的气氛退火，即采用P3HT的不良溶剂，如正己烷、丙酮、甲苯、苯甲醚、环己酮、正庚烷等进行气氛退火，这种方法虽然操控简单，方法稳定，但现有不良溶剂气氛退火技术处理时间长，需要半个小时到几个小时，不利于批量生产。如文献Correlation between Exciton Lifetime Distribution and Morphology of Bulk Heterojunction Films after Solvent Annealing，Journal of Physical Chemistry C 2010，114，9062公开了一种处理方法，直接将共混薄膜置于不良溶剂丙酮挥发形成的气氛中进行退火处理，处理时间至少为一小时。因此，现有技术中没有采用不良溶剂气氛退火，既能提升太阳能电池效率，又能减小处理时间、用于批量生产的聚合物太阳能电池的制备方法。

发明内容

本发明的发明目的是解决现有技术利用不良溶剂气氛退火处理时间长、不利于生产的技术问题，而提供一种耗时短、可用于批量生产、安全稳定、高转换效率的聚合物太阳能电池的制备方法。

本发明的聚合物太阳能电池的制备方法，是将聚3-己基噻吩和[6，6]-C₆₁-苯基丁酸甲酯溶于良溶剂中，得到混合溶液，将混合溶液制得共混薄膜，对共混薄膜进行气氛退火处理，制备金属电极，得到聚合物太阳能电池，其中，对共混薄膜进行气氛退火处理是在室温下，将共混薄膜放置于退火装置中，通入气体，引入不良溶剂蒸汽对共混薄膜进行气氛退火。

所述的聚3-己基噻吩和[6，6]-C₆₁-苯基丁酸甲酯的质量比为1∶2-2∶1，优选为1∶1。

所述的聚3-己基噻吩和[6，6]-C₆₁-苯基丁酸甲酯的混合溶液浓度为8-30mg/ml。

所述的通入气体的流量为5-100ml/s，优选为5-25ml/s，最好为5ml/s。

所述的通入气体的时间为30-300s，优选为30-60s，最好为30s。

所述的良溶剂为邻二氯苯(ODCB)或者氯苯(CB)，优选为邻二氯苯。

所述的不良溶剂为正己烷、甲苯、苯甲醚、环己酮或者正庚烷，优选为正己烷。

所述的气体为惰性气体、空气或者氮气，优选为氮气。

所述的共混薄膜厚度为80-300nm。

所述的金属电极厚度为60-300nm。

本发明的有益效果：

(1)本发明利用退火装置，通入气体将不良溶剂以蒸汽的形式引入，对薄膜进行气氛退火，缩短结晶时间，提升P3HT的结晶度，优化P3HT/PCBM的相分离形貌；