[发明专利]一种电纺制备聚合物薄膜太阳能电池活性层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池，尤其是涉及一种电纺制备聚合物薄膜太阳能电池活性层的方法。

背景技术

聚合物太阳能电池由于其潜在的价格优势和潜在的高能量转换效率(目前已经超过8％)与可制作大面积柔性器件的优点,近年来成为国际众多研究机构和企业的研究热点。聚合物太阳能电池具有可在柔性衬底上制备、重量轻、自放电小、无记忆效应等优点，这是传统的无机晶体硅太阳能电池所不具备的(Li Gang,Zhu Rui,Yang Yang.Polymer solar cells.[J]Nature Photonics,2012,6(3):153-161)。

聚合物薄膜太阳能电池的结构包括：阳极、阳极界面层、活性层薄膜、阴极界面层、阴极。其中，活性层的厚度及形态结构对太阳能电池的性能具有重要影响，活性层通常由给体材料层、共混层、受体材料层组成，而共混层由给体材料(共轭聚合物)和受体材料(富勒烯衍生物)共混形成。由于共轭聚合物中激子的扩散长度较短(Peumans P,Yakimow A,Forrest S R.Small molecular weight organic thin-film photodetectors and solar cells.[J]Solar Energy Materials&Solar Cells,2009,93(4):394-412),因此给体材料和受体材料需要形成纳米尺度的互穿网络结构实现激子的有效分离和电荷的收集。当入射光照射到活性层薄膜时，产生的激子在给受体的界面处分离成电子和空穴，并分别通过由给受体材料形成的连续的互穿网络结构传输到阴极和阳极产生电流，而由于激子扩散长度的限制，需要将相分离的程度控制在20nm范围内以提高激子的分离效率。同时，活性层的厚度也是影响电池性能的重要因素。过薄的活性层薄膜对于入射光的吸收率比较低，并且容易产生较大的漏电流；过厚的活性层薄膜会导致电荷无法导出，影响电池的能量转换效率。因此对活性层厚度和形态的因素进行研究，制备出厚度和形态最佳的活性层薄膜是非常必要的。

基于电液动力耦合喷印的静电纺丝技术是制备纳米纤维的常用方法之一。相比于其他制备技术，静电纺丝具有设备简单、操作方便、材料适用性强、可喷印溶液粘度高等优点(郑高峰,王凌云,孙道恒(2008).基于近场静电纺丝的微/纳米结构直写技术.纳米技术与精密工程第6卷)，因而在近些年得到了迅猛的发展。静电纺丝通过施加静电高压作为纺丝溶液拉伸喷射的动力，静电纺丝过程黏弹性溶液在外电场的作用下发生形变产生泰勒锥，并诱使溶液从泰勒锥尖射出。静电射流技术可喷射液滴状或纤维状物质，分别称为静电喷雾和静电纺丝。其中，利用静电喷雾制备的纳/微米颗粒具有高度的分散单一性，而且可以很好地包埋所载材料；静电纺丝制备的纳米纤维膜具有高的比表面积和纳米网状多孔结构，可以形成纳米尺度的连续的互穿网络结构。