专利名称：一种改善聚合物太阳能电池光敏层相分离程度的方法
技术领域：
本发明涉及太阳能光伏技术领域，是一种改善聚合物太阳能电池光敏层相分离程度的方法，从而提高聚合物太阳能电池效率。
背景技术：
近几年来，有机聚合物太阳能电池由于其重量轻、成本低、制备简单及可制备成柔性器件等优点，已经成为国内外科学工作者研究的焦点，越来越多的工作者致力于聚合物太阳能电池相关材料和器件工艺的研究。在基于聚噻吩(P3HT)/富勒烯衍生物(PCBM)共混薄膜的有机聚合物太阳能电池中，光敏层的相分离程度对电池的性能起着至关重要的作用。在以前的工作中，光敏层的有机物往往以单一溶剂为溶剂，常用的有氯苯和二氯苯。但是由于溶剂氯苯的沸点较低，以其为溶剂的溶液旋涂制备的有机薄膜干燥较快，光敏层中两种有机物的相分离程度不易控制，而相分离程度过小，激子产生界面减小，激子产量降 低，影响短路电流密度。另一方面，二氯苯的沸点较高，光敏层成膜过程中溶剂挥发较慢，可以通过控制溶剂的挥发速度来控制有机物的相分离程度，但是以二氯苯为溶剂的溶液其表面张力较大，较长的溶剂挥发时间使得有机物成膜不完整，影响载流子的传输，从而影响电池的短路电流密度和填充因子。综合考虑氯苯和二氯苯的性质差异，将其混合在一起，通过调整氯苯和二氯苯的比例，既能有效地控制相分离程度，增大激子产生界面，增加激子产量，又能避免较大表面张力引起的膜结构的不完整性，保证载流子传输过程不受阻，增加短路电流密度，提高电池效率。此外，使用氯苯和二氯苯的混合溶液做溶剂，在改变光敏层有机物浓度时，可以通过调节氯苯和二氯苯的比例，调节有机物的成膜时间，从而改善有机物相分离的程度，最终得到较高效率的聚合物太阳能电池。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种改善聚合物太阳能电池光敏层有机物相分离的方法，采用两种溶剂的混合溶液作为光敏层有机物的溶剂，制备光敏层薄膜，通过控制溶剂的挥发速度来改善两种有机物的相分离程度，提高聚合物电池的效率。本发明提供一种改善聚合物太阳能电池光敏层相分离的方法，光敏层中有机物的溶剂采用两种有机溶剂的混合溶液，溶液的配置方法包括如下步骤步骤I :分别称量聚噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物(PCBM)，先后置于同一试剂瓶中；步骤2 :分别往试剂瓶中注入按一定比例混合的氯苯/ 二氯苯混合溶剂；步骤3 :将混合好的溶液放在磁力搅拌器上，加热并搅拌使之混合均匀，溶液配制完毕。其中，配置溶液所需的聚噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物(PCBM)的质量比为1:1。其中，混合好的溶液的搅拌温度设定为50°C。本发明提供的聚合物太阳能电池的制备方法包括如下步骤
步骤I :清洗图案化的ITO/玻璃衬底，此为电池的阳极；步骤2 :在衬底上制备一层空穴传输层PED0T:PSS层；步骤3擦除一侧的PEDOT:PSS，至露出部分ITO表面，作为电池的阳极；步骤4 :在PED0T:PSS层上制备一层光敏层，即聚合物和富勒烯衍生物的共混层；步骤5 :在聚噻吩(P3HT) /富勒烯衍生物(PCBM)共混层上制备Al电极，作为电池的阴极；步骤6 :退火，电池制备完毕。
为了进一步说明本发明的特征和技术方案，下面结合具体实例做详细的描述，其中图I为本发明的有机聚合物太阳能电池的结构示意图。图2为根据本发明实例中有机聚合物太阳能电池在一个标准太阳光AM(1. 5G)下的光电流密度-光电压曲线。
具体实施例方式请参阅图1，本发明提供一种改善聚合物太阳能电池光敏层相分离的方法，光敏层中有机物的溶剂采用混合溶剂，以提高聚合物太阳能电池的效率。光敏层40中的有机物的配置方法包括如下步骤步骤I :分别称量聚噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物(PCBM)，先后置于同一试剂瓶中；步骤2 :分别往试剂瓶中注入按一定比例混合的氯苯/ 二氯苯混合溶剂；步骤3 :将混合好的溶液放在磁力搅拌器上，加热并搅拌使之混合均匀，溶液配制完毕。其中，配置溶液所需的聚噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物(PCBM)的质量比为1:1。其中，混合好的溶液的搅拌温度设定为50°C。本发明提供的聚合物太阳能电池的制备方法包括如下步骤步骤I :清洗图案化的ITO 20/玻璃10衬底，此为电池的阳极，其中IT020层的方块电阻为7-15欧姆/方块；步骤2 :在衬底上制备一层PED0T:PSS 30层，作为空穴传输层，该层厚度为20_40nm ；步骤3 :擦除一侧的PED0T:PSS 30，至露出部分ITO 20表面，作为电池的阳极；步骤4 :在PED0T:PSS 30层上制备一层光敏层，即聚合物和富勒烯衍生物的共混层40 ；步骤5 :在聚合物/富勒烯衍生物共混层40上制备Al电极50，作为电池的阴极，其中制备Al电极50的厚度为100-130nm ；步骤6 :退火，电池制备完毕，其中退火在充满高纯氮气的手套箱中进行，手套箱中的水含量和氧含量均低于Ippm,退火温度为130_150°C,退火时间为10_15min。具体实施例
实施例I :参阅图I所示，用有机试剂清洗图案化的ITO 20/玻璃10衬底，ITO 20的方块电阻为15欧姆/方块。在衬底上制备一层PED0T:PSS 30层，PED0T:PSS 30层的厚度为30nm。将一侧的的PEDOT:PSS 30层擦除掉，至露出ITO 20表面，使得原来的PEDOT:PSS30层形成台面。在PED0T:PSS 30层上旋涂一层P3HT:PCBM共混薄膜40，P3HT的质量浓度为10 mg/ml，P3HT与PCBM的质量比为I : 1，加入体积比为I : 4的氯苯与二氯苯的混合溶剂，加热并搅拌使其充分混合，旋涂的P3HT: PCBM共混薄膜40的厚度为lOOnm。采用热蒸发技术在P3HT:PCBM共混薄膜40上沉积一层Al电极50，Al电极50的厚度为lOOnm。在充满高纯氮气的手套箱中，对沉积了电极的电池进行热退火，退火温度为130°C，退火时间为 lOmin。实施例2 :参阅图I所示，用有机试剂清洗图案化的ITO 20/玻璃10衬底，ITO 20 的方块电阻为15欧姆/方块。在衬底上制备一层PED0T:PSS 30层，PED0T:PSS 30层的厚度为30nm。将一侧的的PEDOT:PSS 30擦除掉，至露出ITO 20表面，使得原来的PEDOT:PSS30层形成台面。在PED0T:PSS 30层上旋涂一层P3HT:PCBM共混薄膜40，P3HT的质量浓度为10mg/ml，P3HT与PCBM的质量比为I : 1，加入氯苯溶剂，加热并搅拌使其充分混合，旋涂的P3HT:PCBM共混薄膜40的厚度为lOOnm。采用热蒸发技术在P3HT:PCBM共混薄膜40上沉积一层Al电极50，Al电极50的厚度为lOOnm。在充满高纯氮气的手套箱中，对沉积了电极的电池进行热退火，退火温度为130°C，退火时间为lOmin。实施例3 :参阅图I所示，用有机试剂清洗图案化的ITO 20/玻璃10衬底，ITO 20的方块电阻为15欧姆/方块。在衬底上制备一层PED0T:PSS 30层，PED0T:PSS 30层的厚度为30nm。将一侧的的PEDOT:PSS 30擦除掉，至露出ITO 20表面，使得原来的PEDOT:PSS30层形成台面。在PED0T:PSS 30层上旋涂一层P3HT:PCBM共混薄膜40，P3HT的质量浓度为10mg/ml，P3HT与PCBM的质量比为I : I，加入二氯苯溶剂，加热并搅拌使其充分混合，旋涂的P3HT:PCBM共混薄膜40的厚度为lOOnm。采用热蒸发技术在P3HT:PCBM共混薄膜40上沉积一层Al电极50，Al电极50的厚度为lOOnm。在充满高纯氮气的手套箱中，对沉积了电极的电池进行热退火，退火温度为130°C，退火时间为lOmin。其中实施例I与实施例2和3的差别只在于，实施例I中光敏层有机物溶液的溶剂为氯苯和二氯苯的混合溶剂，实施例2中光敏层有机物溶液的溶剂为氯苯，实施例2中光敏层有机物溶液的溶剂为二氯苯。在一个标准太阳光(AMI. 5G，100mff/cm2)照射下测得实施例I中电池的开路电压为0. 58V，短路电流密度为9. 46mA/cm2，填充因子为0. 49，能量转换效率为2. 7%。实施例2中电池的开路电压为0. 57V，短路电流密度为7. 6mA/cm2，填充因子为0. 23，能量转换效率为1%。实施例3中电池的开路电压为0. 54V，短路电流密度为6. 66mA/cm2，填充因子为0. 35，能量转换效率为I. 2%。生长结果如图2所示，采用本发明的方法，采用两种溶剂的混合溶剂作为光敏层有机物的溶剂，制备了性能优异的有机聚合物太阳能电池，器件的性能与使用单一溶剂相比，效率由用纯CB做溶剂的1%和用纯DCB做溶剂的I. 2%提高到2.7%。发明与背景技术相比所具有的有意义的结果将光敏层的有机物溶解在两种的溶剂的混合剂中，成功制备出了性能稳定的有机聚合物太阳能电池，且电池的各个性能参数较之使用单一溶剂有很大的提高，是一种有效改善聚合物太阳能电池有源层有机物相分离程度的方法，从而提高有机聚合物太阳能电池的效率。与使用单一溶剂相比，用两种溶剂的混合剂，提高了制备过程中溶剂挥发速度的可控性，从而控制有机物相分离的程度，增加激子产量，并有利于载流子的有效传输。此外，在电池制备过程中，改变有机物的浓度时，可以通过调节氯苯和二氯苯的体积比，调节溶剂的挥发速度来调节薄膜的成膜时间，从而改善有机物的相分离程度，提高电池的效率。以上所述，仅为本发明中的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任 何熟悉该方面内容的的人在本发明所揭露的范围内，可轻易想到的变换或交替，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权力要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种改善聚合物太阳能电池光敏层相分离程度的方法，光敏层中有机物的溶剂用两种有机溶剂的混合溶剂，溶液配制包括如下步骤 步骤I :分别称量聚噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物(PCBM)，先后置于同一试剂瓶中； 步骤2 :分别往试剂瓶中注入按一定比例混合的氯苯(CB)/二氯苯(DCB)混合溶剂； 步骤3 :将混合好的溶液放在磁力搅拌器上，加热并搅拌使之混合均匀，溶液配制完毕。
2.根据权利要求I所述的改善聚合物太阳能电池光敏层相分离程度的方法，聚噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物(PCBM)的质量比为1:1。
3.根据权利要求I所述的改善聚合物太阳能电池光敏层相分离程度的方法，溶液搅拌时加热温度为50°C。
4.一种改善聚合物太阳能电池光敏层相分离程度的方法，电池的完整制备包括如下步骤 步骤I :清洗图案化的ITO/玻璃衬底，此为电池的阳极； 步骤2 :在衬底上制备一层空穴传输层PED0T:PSS层； 步骤3 :擦除一侧的PED0T:PSS，至露出部分ITO表面，作为电池的阳极； 步骤4 :在PED0T:PSS层上制备一层光敏层，即聚合物和富勒烯衍生物的共混层； 步骤5 :在聚合物/富勒烯衍生物共混层上制备Al电极，作为电池的阴极； 步骤6 :退火，电池制备完毕。
5.根据权利要求4所述的改善聚合物太阳能电池光敏层相分离程度的方法，光敏层中的两种有机物聚噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物(PCBM)的质量比为1:1。
6.根据权利要求4所述的改善聚合物太阳能电池光敏层相分离程度的方法，光敏层中有机物的溶剂采用按一定比例混合的氯苯(CB)/二氯苯(DCB)混合溶剂。
7.根据权利要求4所述的改善聚合物太阳能电池光敏层相分离的方法，其中制备Al电极采用热蒸发法，制备的Al电极的厚度为100-130nm。
8.根据权利要求4所述的提高有机聚合物太阳能电池的制备方法，其中退火是在充满高纯氮气的手套箱中进行，手套箱中含水量和含氧量均低于lppm，退火温度为120-150°C，退火时间为10-15min。
全文摘要
一种改善聚合物太阳能电池光敏层相分离程度的方法，有机物的溶剂采用氯苯和二氯苯的混合溶剂，有机物溶液的具体配制包括如下步骤分别称量质量比为1∶1聚噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物(PCBM)，先后置于同一试剂瓶中；注入按一定比例混合的氯苯/二氯苯混合溶剂；将混合好的溶液放在磁力搅拌器上，搅拌使之混合均匀，溶液配制完毕。
文档编号H01L51/48GK102810643SQ20111014812
公开日2012年12月5日 申请日期2011年6月3日 优先权日2011年6月3日
发明者高红丽, 张兴旺, 谭海仁, 尹志岗, 白一鸣, 张秀兰, 王占国, 屈盛 申请人:中国科学院半导体研究所, 欧贝黎新能源科技股份有限公司