[发明专利]一种反型有机太阳能电池的简易制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，具体涉及一种反型有机太阳能电池的简易制备方法。 

背景技术

能源是人类用来维持生存活动的能量来源。随着社会经济的发展，人们对能源的需求越来越大，常用的化石能源的存量有限，并日渐枯竭。因此除了对化石资源开源节流外，急需开发替代新能源，其中太阳能是最重要的可再生资源和取之不尽的清洁能源，将太阳能转换为电能的太阳能电池引起了人们的广泛关注。 

 众多种类的太阳能电池中，以单晶硅和多晶硅技术最为成熟，但由于其成本高、工艺复杂、环境污染大等问题，限制了此类太阳电池的大规模应用。因此，要使太阳能发电得到大规模推广，就必须提高太阳能电池的效率、降低成本。 

 有机太阳能电池技术被认为是最有吸引力、廉价的太阳能电池技术之一。一是电池中所用的有机活性层材料的制备成本低、结构易于裁剪、柔韧性良好、消光系数高、成膜性俱佳等优点。二是有机太阳能电池的制备工艺不需要涉及无机物溅射、化学气相沉积、高纯度硅晶体生长、掺杂等昂贵的薄膜工艺过程，可以利用旋涂、喷墨打印或卷对卷印刷等制备技术，具有易实现大面积制造、工艺简单、可使用柔性衬底、环境友好、轻便易携带、制作成本低等特点。 

 近年来，随着对有机太阳能电池材料和器件结构的不断探索，有机太阳能电池的效率已经达到了8％～10％。但目前报道的高性能有机太阳能电池器件，大都采用正型太阳能电池，同时阳极缓冲层采用PEDOT:PSS，而PEDOT:PSS材料对ITO电极有很强的腐蚀性，另外，正型太阳能电池阴极电极所使用的易氧化的低功函金属材料等大大降低了太阳能电池器件的寿命和稳定性。 

有机太阳能电池中，作为研究热点的反型有机太阳能电池的结构自下而上依次为透明导电衬底、阴极修饰层、有机活性层、阳极修饰层和阳极电极。反型电池避免了PEDOT:PSS及低功函数材料的使用，可以大大提高有机太阳能电池器件的稳定性。反型有机太阳能电池的关键之一在于制备能级结构合适、功函数匹配、导电率高的透明氧化物（通常为TiO₂或ZnO）修饰层作为电子收集层和空穴阻挡层，用以修饰ITO电极。发展可以工业化大规模生产的低温制备工艺以获得满足上述要求的TiO₂或ZnO或其它修饰层是反型有机太阳能电池研发领域中亟需解决的一个重要技术瓶颈。 

 目前制备TiO₂或ZnO薄膜，一种方法是采用磁控溅射、脉冲激光沉积等工艺复杂、成本高的物理方法，限制了大规模生产。另一种方法是先合成TiO₂或ZnO纳米颗粒，再分散配成溶液，但此方法不仅增加了工艺的复杂性，而且合成的纳米颗粒的均匀性很难控制，成膜性较差。另外物理法制备薄膜对衬底有一定要求，难于实现柔性器件的生产。这些问题限制了其大规模应用。 

发明内容

本发明提供一种可以实现工艺简单、低温、低成本、可工业化大规模生产的反型太阳能电池器件的制备方法。 

 为达成上述目的，本专利所述反型有机太阳能电池器件由下而上具体特征包括：透明导电衬底，此衬底作为阴极层，是一类刻蚀出图形的高透过率导电材料。 

阴极修饰层，是采用钛酸乙酯，或者钛酸异丙酯，或钛酸四丁酯的醇溶液旋涂于透明导电衬底上，空气中后处理得到致密非晶TiO₂薄膜。本发明所述的醇溶液为乙醇，异丙醇，丁醇。 

有机活性层，是一层导电共轭聚合物或小分子和富勒烯衍生物的共混物。 

 阳极修饰层，是一层氧化钼、氧化钨、氧化镍或氧化钒材料。 

 阳极电极，是一层高功函数的金、银、铜或铝。 

 本专利所说的反型有机太阳能电池的具体制备步骤如下。 

步骤1，对透明导电衬底进行清洗烘干备用。 

 步骤2，在步骤1洗好的透明导电衬底上旋涂制备一层致密的非晶TiO₂薄膜。此薄膜具体制备步骤包括。 

 2.1，将钛酸酯在惰性气体氛围中配制成醇溶液，所述的钛酸酯为钛酸乙酯，钛酸异丙酯，或钛酸四丁酯，溶液浓度体积比在1-60 v/v%。 

 2.2，将2.1配制的钛酸酯醇溶液在惰性气体氛围中搅拌一段时间，所述时间为0.1-200小时。 

 2.3，将2.2搅拌好的钛酸酯溶液在惰性气体氛围中旋涂、喷墨打印或卷对卷印刷于步骤1制备的衬底上。