[发明专利]一种有机薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机聚合物光伏器件或有机半导体薄膜太阳能电池领域，具体涉及一种有机薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着全球能源需求量的逐年增加，能源问题己成为各国经济发展所要面临的首要难题。“低碳、环保、可持续发展”的理念深入人心，使得人们对清洁能源的期待越来越大。太阳能、风能、水能都是环保的新能源，而太阳能更是具有高效和永不衰竭的优势，能够向人类提供稳定的能源供应。传统的太阳能电池需要大量的高质量的无机半导体材料，如硅、砷化镓，使得生产成本居高不下。与无机材料相比，有机材料不仅材料合成成本较低，有机分子的化学结构易于修饰，还有大面积、柔性等无机材料无法比拟的优点。近年来，越来越多的科研机构加入到有机薄膜太阳能电池的研究中来，使有机薄膜太阳能电池的效率逐步上升，推动其商业化的进程。

随着有机薄膜太阳能电池的效率的提升，人们也慢慢开始对其应用提出更多的要求，包括热稳定性，空气稳定性，甚至弯曲、弯折性能等。如何延长有机薄膜太阳能的使用寿命，是一个非常有意义的实际问题。一种导致有机薄膜太阳能电池性能衰退的原因是阳极缓冲层和光活性层亲水性不同。其中常用的阳极缓冲层PEDOT：PSS等是亲水性材料，而其上的光活性层通常是疏水性材料，这导致光活性层液滴在阳极缓冲层表面分散不均匀或团聚，使形成的光活性层薄膜表面形貌较差，进而导致器件性能的下降；在柔性有机薄膜太阳能电池的应用上，阳极缓冲层与光活性层亲水性的不同会导致它们之间的附着性能差，使其在弯曲或弯折过程中，极易产生脱落、剥离的现象，影响载流子的传输，从而导致器件的短路电流降低。因此，如何解决阳极缓冲层与光活性层之间的界面匹配性问题，对提高有机薄膜太阳能电池的性能起到了至关重要的作用。另一方面，光活性层的结晶度对有机薄膜太阳能电池的光电转换效率也有很大的影响，通过热退火或溶液添加剂的方式能有效地改善光活性层薄膜的结晶情况，提高载流子传输效率和激子分离效率，防止薄膜组分产生过度的相分离，从而获得更高的器件性能。

发明内容

本发明针对上述不足之处提供了一种有机薄膜太阳能电池及其制备方法，提高有机薄膜太阳能电池中阳极缓冲层与光活性层之间的直接附着力，使阳极缓冲层与光活性层的界面更加匹配，同时改善光活性层的结晶度，提高载流子传输效率，进而提高器件的光电转换效率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种有机薄膜太阳能电池，其特征在于，该太阳能电池结构从下到上依次为：衬底，透明导电阳极ITO，阳极缓冲层，光活性层，阴极缓冲层，金属阴极，所述光活性层中掺有阳离子型紫外敏感胶，所述阳离子型紫外敏感胶的原料包括以下成份：

环氧树脂或改性环氧树脂      97-99.5 %

稀释剂                      0.4-2 %

阳离子光引发剂              0.1-2 %

所述稀释剂包括活性环氧树脂稀释剂、环醚和乙烯基醚单体，所述阳离子光引发剂包括二芳基碘鎓盐和三芳基碘鎓盐。

进一步地，所述阳离子型紫外敏感胶在光活性层中所占的质量比为0.01-4 %。

进一步地，所述光活性层由电子给体材料P3HT与电子受体材料PCBM混合制备而成，所述P3HT：PCBM混合溶液质量比为1：20-5：1，所述溶液浓度为1-30 mg/ml，厚度为40-250 nm。

进一步地，所述阳极缓冲层材料为聚(3，4-亚乙二氧噻吩)：聚苯乙烯基苯磺酸（PEDOT：PSS）或氧化钼（MoO_x）中的一种，厚度为10-80 nm。

进一步地，所述阴极缓冲层材料为TPBi、BCP、Bphen、LiF中的一种，厚度为1-10 nm。

进一步地，所述金属阴极材料为Ag、Al、Cu中的一种，厚度为100-300 nm。

进一步地，所述衬底为刚性衬底或柔性衬底，所述刚性衬底为玻璃或蓝宝石，所述柔性衬底为金属箔、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂或聚丙烯酸等聚合物薄膜。

一种有机薄膜太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

①先对预先制备好透明导电阳极ITO的衬底进行彻底的清洗，清洗后干燥；

②在透明导电阳极ITO表面旋转涂覆、印刷或喷涂PEDOT：PSS溶液制备阳极缓冲层，或在透明导电阳极ITO表面旋转涂覆、印刷或喷涂MoO_x溶液制备阳极缓冲层，并将所形成的薄膜进行退火处理;