[发明专利]一种可溶液加工的渐变折射率叠层减反射膜及其制备方法

说明书

本发明一种可溶液加工的渐变折射率叠层减反射膜为石墨烯量子点GQDs均匀分散于交联的电子传输性共轭聚合物cPFNSO中的三维网状结构叠层薄膜；其制备方法的步骤为：合成一种透明的、可热/紫外光交联的电子传输性共轭聚合物；将石墨烯量子点和可交联电子传输性共轭聚合物共混形成复合溶液；其后将复合溶液旋涂在甲基修饰的p型平面单晶硅表面上，进行热/紫外光固化处理，再重复一次上述操作，得到渐变折射率叠层减反射膜。本发明减反射膜能形成三维网状的叠层结构，具有电子抽取与传输和宽光谱减反射协同功能，能够使硅基有机/无机杂化太阳电池的有机层实现折射率渐变，从而实现有效减反射。本发明制备方法简单易于实现，便于应用。

技术领域

本发明涉及一种可溶液加工的渐变折射率叠层减反射膜及其制备方法，叠层减反射膜由石墨烯量子点和可交联电子传输性共轭聚合物组成，具体属于太阳能电池技术领域。

背景技术

硅基有机/无机杂化太阳电池因兼具有机和无机材料的特性、能实现太阳电池的高效低耗而备受关注并在过去几年中取得了快速的发展，由于各种性能优异的有机物纷纷出现，以及不断改进成熟的制备工艺，这种杂化太阳能电池已经初步实现了低成本高效率。在合适的能带条件下，聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT∶PSS)、聚3-己基噻吩(P3HT)、聚3-辛基噻吩(P3OT)、小分子螺旋环二芴(Spiro-OMeTAD)和并五苯等p型有机物可以与n型硅(n-Si)形成界成结并传输空穴，或者富勒烯衍生物(PCBM)等n型有机物与p型硅(p-Si)接触并传输电子。为增加光的吸收、降低光的损失，目前该领域大量研究工作集中在将PEDOT∶PSS等有机层沉积在刻蚀了纳米织构的硅片上。而利用平面硅和有机物制备的杂化太阳能电池虽然制备简单，但是平面硅较高的反射率使得电池的电流远远低于单晶硅太阳能电池。PEDOT∶PSS等有机层对光具有一定的减反射作用，但一般有机物的折射率都比较低(1.3～1.7)，即使对化学结构进行修正，折射率也变化不大。而在减反射膜的常规设计中，单层减反射膜的最佳折射率为1.9。由此可见，PEDOT∶PSS等有机层与硅基底的折射率并不匹配，仍然存在较大的折射率差异，这使得PEDOT∶PSS等有机层的减反射效果不佳，导致目前平面硅基有机/无机杂化太阳电池对入射光的吸收和利用率低，致使电池的光电转换效率难以有效提高。另外，根据菲涅耳理论，采用高折射率层和低折射率层的多层减反射膜层(即渐变折射率膜层)的方法可以有效消除光反射。但目前溶液加工的PEDOT∶PSS等有机层由于溶剂互溶问题，不能制成叠层膜结构，仅能形成单层薄膜结构，无法实现渐变折射率。虽然目前基于平面硅的有机/无机杂化太阳能电池的研究开发了许多有机物或工艺进行性能改进，但这些工作没有涉及到平面硅基有机/无机杂化太阳电池的渐变折射率叠层有机层的制备及相关信息。

基于此，有必要针对目前硅基有机/无机杂化太阳电池的有机层的折射率无法与硅相匹配，而且因溶剂互溶不能实现渐变折射率，导致有机层减反射效果不佳，使电池对入射光的吸收和利用率低，致使光电转换效率难以有效提高的问题，提供一种可溶液加工的渐变折射率叠层减反射膜及其制备方法与应用。

发明内容

本发明渐变折射率叠层减反射膜由石墨烯量子点和可交联电子传输性共轭聚合物组成，是一种具三维网状的、电子抽取与传输和宽光谱减反射功能协同的渐变折射率叠层结构，能沉积在不需要额外制造纳米织构绒面的平面硅片上形成有机/无机杂化太阳电池，在能够与晶体硅形成良好pn结的同时，还能够获得良好的宽带减反射效果。

本发明的技术方案：

本发明提供一种可溶液加工的渐变折射率叠层减反射膜及其制备方法，所述的叠层减反射膜为石墨烯量子点GQDs均匀分散于交联的电子传输性共轭聚合物cPFNSO中的三维网状结构叠层薄膜；

所述的聚合物cPFNSO化学结构为：

其中，x+y＝0.5，y＝1～30％，n为1～10000的自然数；

所述的叠层减反射膜的制备方法为：