[发明专利]大面积聚合物太阳能电池及其活性层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大面积聚合物太阳能电池及其活性层的制备方法，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

聚合物太阳能电池由于具有效率高、质量轻，便于大规模生产等优点，即将成为人类的基本能源之一。太阳能电池主要包括有机太阳能电池和无机太阳能电池，无机太阳能，如单晶硅、多晶硅和非晶硅太阳能电池，电池转换效率高，但是成本也相对较高、工艺复杂，不利于普及。有机聚合物电池具有柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本低等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。

现有技术中，由于旋涂工艺具备优良的成膜性，聚合物太阳能电池活性层的制备方法主要采用旋涂工艺，但是旋涂工艺只能制备小面积的聚合物太阳能电池，无法满足大面积电池模块和串联模组的制备要求，不适于大面积聚合物太阳能电池的工业化生产。而且，采用旋涂工艺制备聚合物太阳能电池活性层对环境要求严格，需要在惰性气氛下进行。另外，随着活性层面积的增大，膜缺陷出现的几率增加，同时由于附加电阻的增大，所制备的太阳能电池的光电转换效率随活性层面积的增加而大幅度降低。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中旋涂工艺制备聚合物太阳能电池制备面积小，无法满足大面积电池模块和串联模组的制备要求，不适用于工业化生产的技术问题，提供一种大面积聚合物太阳能电池及其活性层的制备方法。

本发明的大面积聚合物太阳能电池活性层的制备方法，包括以下步骤：

(1)将电子给体材料与电子受体材料溶于有机溶剂中，加热搅拌，获得均匀的混合溶液，再向混合溶液中加入添加剂，混合均匀，得到活性层的喷涂墨水；

(2)向超声喷涂仪的喷涂室内喷入有机溶剂，构建原位气氛；

(3)将喷涂墨水加入超声喷涂仪，设置喷涂墨水流量为0.01-10ml/min，喷嘴移动速度为0.1-60mm/s，喷嘴距基底高度为0.1-30cm，通入氮气气流量为0.05-10MPa，超声功率为0.05-9W，开始喷涂，喷涂完成后，惰性气氛下，100-180℃退火，得到聚合物太阳能电池活性层。

优选的，所述步骤(1)中，电子给体材料为聚(3-己基噻吩)、PBDTTT-C-T、PBDT-TFQ、PBDTTPD或PSBTBT，电子受体材料为PC₆₁BM、PC₇₁BM或IC₆₀BA。

优选的，所述步骤(1)中，电子给体材料与电子受体材料质量比为4:1-1:4。

优选的，所述步骤(1)中，有机溶剂为甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯、三氯苯、氯仿或二硫化碳，喷涂墨水中，电子给体材料和电子受体材料的总质量浓度为0.1-60mg/ml。

优选的，所述步骤(1)中，添加剂为硫醇、氯萘或1，8-二碘辛烷，添加剂在喷涂墨水中的体积分数为0.1%-20%。

优选的，所述步骤(2)中，有机溶剂为氯苯、二氯苯或二硫化碳。

本发明的大面积聚合物太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)在基底上制备阳极；

(2)将基底置于超声喷涂仪中，盖上掩模版，在阳极上喷涂空穴传输层，喷涂完成后取出，于100-180℃退火；

喷涂过程中，设置喷涂墨水流量为0.01-10ml/min，喷嘴移动速度为1-60mm/s，喷嘴距基底高度为0.1-30cm，通入氮气气流量为0.05-10MPa，超声功率为0.05-9W；

(3)向超声喷涂仪的喷涂室内喷入有机溶剂，构建原位气氛；

(4)将步骤(2)退火后的基底冷却至室温，再置于超声喷涂仪中，盖上掩模版，在空穴传输层上喷涂有机活性层，喷涂完成后取出，惰性气氛下，100-180℃退火；

喷涂过程中，设置喷涂墨水流量为0.01-10ml/min，喷嘴移动速度为0.1-60mm/s，喷嘴距基底高度为0.1-30cm，通入氮气气流量为0.05-10MPa，超声功率为0.05-9W；

(5)将步骤(4)退火后的基底冷却至室温，真空条件下，在有机活性层上制备金属阴极，得到大面积聚合物太阳能电池。

优选的，所述步骤(2)采用的喷涂墨水为PEDOT:PSS水溶液的稀释液，稀释溶剂为水和异丙醇。