[发明专利]一种聚合物太阳能电池陷光结构制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池，尤其是涉及一种聚合物太阳能电池陷光结构制造方法。

背景技术

自人类进入工业文明以来，化石能源的消耗日渐增加，特别是自21世纪后，人类面对的能源资源危机更加严重，当今煤、石油和天然气等矿石燃料资源日益枯竭，因此，未来持续可再生清洁能源将成为人类能源的主要来源。当前，太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能等持续可再生清洁能源正蓬勃发展，其中太阳能在使用过程中由于无噪声、清洁、取之不尽、用之不竭等特点，是绿色能源的代表，因此备受人们的关注。目前，以硅基为主的无机太阳能电池在市场上占主导地位，然而硅基太阳能电池制造条件苛刻、生产成本高、非柔性以及不易加工等缺点限制了其大规模应用。而基于其他材料（如CIGS，CdGe）的无机太阳能电池由于在材料、制作工艺或回收工艺等方面的限制促使人们寻求低成本的有机太阳能电池。近年来，随着导电聚合物的快速发展，研发低成本的有机太阳能电池成为可能。有机太阳能电池以其独特的柔性、轻质、可大面积成膜和低成本制造工艺等优点使其在能源、电子、物联网、交通、军事和绿色建筑等领域具有广泛的应用前景。科技部发布的《太阳能发电科技发展“十二五”专项规划》中，明确支持发展有机太阳能等前沿技术。

目前，聚合物太阳能电池存在的主要问题是转换效率低。在很长一段时期内，聚合物太阳电池的效率徘徊在3%左右。科研人员从材料（活性层和界面层）、太阳能结构、光利用技术、成膜方法与工艺以及透明电极ITO等几个方面开展研究。中科院科研人员（Zhao,G.,Y.He,et al.(2010).6.5%Efficiency of Polymer Solar Cells Based on poly(3-hexylthiophene)and Indene-C60Bisadduct by Device Optimization.Advanced Materials22(39):4355-4358）报道了一种以P3HT:ICBA为活性物质的太阳能电池，使电池的转化效率提高到6.5%。文献（You,J.,L.Dou,et al.(2013).A polymer tandem solar cell with10.6%power conversion efficiency.Nature Communications4:1446）提出了P3HT:ICBA/PDTP-DFBT:PC₆₁BM串联式电池结构，使得吸收光谱波长扩展到900nm，电池的转化效率达到10.6%，然而该转化效率对于聚合物太阳能电池的实际推广仍然太低。导致转换效率低的最主要原因是太阳光不能完全吸收，很大一部分太阳能进入太阳能电池之后又折射出来，因此便有了光增效技术。目前，光增效技术主要通过相干光陷光结构、等离子体光效增强、纳米绝缘衍射结构等来提高光的吸收率。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚合物太阳能电池陷光结构制造方法。

本发明包括以下步骤：

1）构建阵列直写装置；

2）调整聚合物溶液阵列喷头与透明电极的间距为0.5～3mm；

3）通过计算机调节传输机构的传输速率，确保实现连续工业化生产；

4）通过计算机控制流量控制单元，实现供液装置的连续供液；

5）通过计算机控制聚合物溶液阵列喷头和透明电极之间的直流电压为0.5～3kV，保证电场场强为0.5～2kV/mm，聚合物溶液在高压电场作用下从聚合物溶液阵列喷头尖端形成射流，经过电场拉伸和溶剂挥发后沉积于透明电极表面形成光栅式聚合物纳米纤维；最终生成的聚合物纳米纤维的纤维直径要求在200nm以下，纤维间距在1μm以内，得聚合物太阳能电池陷光结构。

在步骤1）中，所述阵列直写装置设有聚合物溶液阵列喷头、透明电极、高压电源、传输机构、供液装置、流量控制单元和计算机，所述聚合物阵列喷头与高压电源的正极相连接，透明电极与高压电源的负极连接并接地，高压电源、传输机构和流量控制单元与计算机连接，流量控制单元输出端接供液装置。

本发明在聚合物太阳能电池制造流水线作业中利用阵列直写技术在其透明电极表面植入阵列排布的纳米纤维，从而获得光栅式陷光结构。陷光结构的实质在于增加光在活性物质层内的传递路径，借此提高光能的吸收，最终提高太阳能电池的转换效率。

本发明通过在聚合物太阳能的透明电极表面植入陷光结构增加光在太阳能电池活性物质中的经过的路径来增加对光的吸收。