[发明专利]一种聚合物太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明提供一种聚合物太阳能电池，所述聚合物太阳能电池包括自下而上依次叠加的玻璃衬底、阳极层、阳极修饰层、活性层和阴极层，其特征在于，所述活性层与阴极层之间的界面呈互补的峰谷状微纳结构，所述峰谷状微纳结构的峰宽为300～400μm、峰高为20～30nm，并且所述活性层包含聚3‑己基噻吩(P3HT):[6.6]‑C60‑苯基丁酸甲酯(PCBM)和丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)。本发明还提供一种制备聚合物太阳能电池的简单方法。所述微纳结构扩大了阴极与活性层材料的接触界面，提高了电极对电荷的收集效率，改善了聚合物太阳能电池的效率。

技术领域

本发明属于光伏材料与器件制备领域，特别地本发明涉及一种聚合物太阳能电池及其制备方法。

背景技术

传统化石能源(煤、石油、天然气)的日益枯竭和燃烧时产生的废气对环境造成的污染让人们认识到寻找可再生能源的迫切性。目前低碳环保的能源主要有水力、太阳能、风能等，其中太阳能由于具有取之不竭、用之不尽，而且不会对环境造成污染等优点，受到了人们越来越广泛的重视。

硅基太阳能电池目前已在商业上取得了巨大的成功，但由于制作工艺复杂，成本居高不下，而且在硅的生产提纯过程中会产生有毒物质，存在一定的安全和污染隐患，发展受到限制。聚合物太阳能电池因其原材料来源广，价格低廉，制备工艺简单，可以通过旋转涂敷、喷涂、印刷等方法成膜在柔性衬底上，这不仅大大降低了制造成本，而且可以大面积成膜，这就使得制备低成本大面积的光伏电池成为可能。经过二十多年的发展，聚合物太阳能电池的效率已经有了显著的提高，但与成熟的无机太阳能电池相比，聚合物太阳能电池的效率还比较低。制约效率提高的重要因素是有机半导体材料的光谱响应范围与太阳光谱不匹配、激子扩散长度短、载流子迁移率低以及电极对电荷的收集效率低等因素。

近年来研究人员把在无机太阳能电池中广泛采用的微纳结构电极引进有机太阳能电池中，发现微纳结构电极可以提高电荷载流子在活性层中的传输效率和电极对电荷的收集效率。制备微纳结构阴极时常借助于模板(如硅模板、多孔氧化铝模板等)，通过纳米压印的方法使活性层材料具有微纳结构，在蒸镀电极时，电极材料会形成与活性层相互嵌套的互补结构，从而制备出微纳结构的阴极。这种方法虽然能制备出具有微纳结构电极的有机太阳能电池，但制备工艺繁琐、纳米压印成本高，且在实验过程中，为了使模板从活性层表面剥离通常要使用脱模剂，脱模剂不易清洗，会污染活性层表面，影响光伏器件的性能。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种聚合物太阳能电池并提供一种制备所述聚合物太阳能电池的方法。在不借助模板的情况下，使得聚合物太阳能电池的活性层能自发地形成微纳结构，进而使得在其上表面蒸镀的阴极具有与活性层互相嵌套的峰谷状微纳结构，从而提高聚合物太阳能电池的效率。

一方面，本发明提供了一种聚合物太阳能电池，所述聚合物太阳能电池包括自下而上依次叠加的玻璃衬底、阳极层、阳极修饰层、活性层和阴极层，其特征在于，所述光活性层与阴极层之间的界面呈互补的峰谷状微纳结构，所述峰谷状微纳结构的峰宽为300～400nm、峰高为20～30nm，所述活性层包含聚3-己基噻吩(P3HT):[6.6]-C60-苯基丁酸甲酯(PCBM)和丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)。

优选地，所述活性层是使用由P3HT：PCBM和PGMEA组成的活性层溶液通过旋涂制备的。

优选地，所述活性层溶液是通过将PGMEA掺入P3HT：PCBM混合溶液中而制备的，其中按体积计，所述PGMEA占P3HT：PCBM混合溶液的1％～4％，优选为2％。

优选地，所述活性层的厚度为80～120nm，优选为100nm。

优选地，所述衬底为玻璃衬底，所述阳极层为氧化铟锡(ITO)；所述阳极修饰层为聚乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸钠(PEDOT：PSS)膜，优选地，所述阳极修饰层的厚度为30～50nm；和/或所述阴极层为铝电极，优选地所述阴极层的厚度为100nm。