专利名称：一种光伏电池的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种光伏电池的制造方法。
背景技术：
随着全球能源需求的逐年增加，石油、煤炭等一次性能源的日渐枯竭，人们对风能、太阳能等可再生资源投入了更多的关注和研究，其中基于光伏效应的光伏电池是其中的热点之一。目前，市场上成熟的光伏电池主要为基于单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓、磷化铟以及多晶膜化合物半导体等无机光伏电池，其中，多晶硅和非晶硅光伏电池在民用光伏电 池市场上占主导地位。经过五十余年的发展，无机单晶硅光伏电池的光电转换效率已经由发明之初的6%，提高到目前的最高效率可达30%以上，但是由于无机半导体光伏电池对材料纯度的要求非常高，且价格昂贵，因此其应用受到很大限制。美国柯达公司首次在同一器件中引入给体和受体材料，形成异质结电池转换效率达到I %，标志着有机半导体制备的光伏器件取得突破。之后人们通过对不同的复合体系进行深入研究，证明了光诱导电子转移的存在。光诱导电荷快速能量转移现象的发现是聚合物光伏电池理论方面的重大突破，为聚合物光伏电池效率的提高提供了理论支持。俞钢等人通过将电子给体材料与受体材料共混，制得共轭聚合物MEH-PPV和碳60互穿网络结构的光伏电池，其能量转换效率达到2. 9%，这就是人们常说的光伏电池。体异质结概念产生克服了单层、双层/多层器件的结构缺陷。由于电子给体与电子受体各自形成网络状连续相，光诱导所产生的电子与空穴分别在各自的相中输运并在相应的电极上被收集，光生载流子在到达相应的电极前被重新复合的几率大大降低，从而提高了光电流。这样，体异质结结构就能大幅度的提高光电能量转换效率。如今，体异质结概念已广泛用于基于聚合物的光伏电池，能量转换效率已能达到5%以上，其具有诱人的发展方向。但是，目前有机光伏电池的开路电压一般只能达到O. 6(T0. SOeV左右，距离商业化还有一段较大的距离。因此，如何获得高效率更高，性能更稳定的有机光伏电池，实现其商业化生产，应用于目前无机光伏电池所应用的所有领域，是本领域技术人员面临的很大挑战。
发明内容
本发明公开了一种光伏电池的制造方法，该光伏电池具有较高的开路电压和器件性能。本发明的光伏电池制造方法包括如下步骤依次制备衬底、阳极、活性层和阴极，该方法还包括在活性层与阴极之间制备电子传输层，电子传输层为具有通式(I)结构的聚合物，其聚合度η为I 300的任意整数，该聚合物的制造方法包括如下步骤第一、由化合物I脱羧硝化得化合物2，再还原成化合物3，然后再重氮化，与乙基黄原酸钾反应生成化合物4 ；
权利要求
1. 一种光伏电池的制造方法，包括依次制备衬底、阳极、活性层和阴极，该制造方法还包括在活性层与阴极之间制备电子传输层，电子传输层为具有通式(I)结构的聚合物，其聚合度η为I 300的任意整数，该聚合物的制造方法包括如下步骤第一、由化合物I脱羧硝化得化合物2，再还原成化合物3，然后再重氮化，与乙基黄原酸钾反应生成化合物4 ；
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述A为取代苯基II时，其中R1,R2,R3, R4分别独立地指氢、卤素、羟基、胺基、甲基、乙基。所述R1, R2, R3和R4中优选至少有一个为羟基或胺基，所述羟基或胺基进一步取代成其相应的磷酸酯、羧酸酯、磺酸酯、酰胺、肽类及相应的有机盐或无机盐类衍生物。
3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述A为取代苯基III时，其中R5,R6,R7, R8分别独立地指氢、齒素、羟基、胺基、甲基、乙基、苄基、烷氧基、硝基、酰氧基或酰胺基，且R5, R6, R7, R8不同时为氢。所述R5, R6, R7和R8中优选至少有一个为羟基或胺基，所述羟基或胺基进一步取代成其相应的磷酸酯、羧酸酯、磺酸酯、酰胺、肽类及相应的有机盐或无机盐类衍生物。
4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述A为取代杂环IV或取代杂环V时，R1Q，Rn，R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18分别独立选自氢、卤素、羟基、胺基、取代胺基、氰基、烷基、烧氧基。
5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述通式I的化合物为 3，4，5-三甲氧基-1-[(3-氨基-4-硝基苯基)硫代]苯， 3，4，5-三甲氧基-1-[(3-乙酰胺基-4-硝基苯基)硫代]苯， 3，4，5-三甲氧基-1-[(3-硝基-4-甲氧基苯基)硫代]苯， 3，4，5-三甲氧基-1-[(3-氨基-4-甲氧基苯基)硫代]苯， 3，4，5_三甲氧基-l-[(3-氟-4-甲氧基苯基)硫代]苯， 3.4,5- 二甲氧基_1_[ (4-乙氧基苯基)硫代]苯， 3.4,5- 二甲氧基_1_[ (3-节氧基-4-甲氧基苯基)硫代]苯， 5_ 二氣甲基_2_[ (3,4, 5_ 二甲氧基苯基)硫代]卩比唳， 3-[(3，4，5_三甲氧基苯基)硫代]苯并噻吩-2-甲酸甲酯， 2-芴甲氧酰胺基-3-乙酰氧基-N-[2-甲氧基-5- (3,4,5-三甲氧基苯基)硫代]丙酰胺， 2-氨基-3-羟基-N-[2-甲氧基-5-(3，4，5-三甲氧基苯基)硫代]丙酰胺，或者 3.4,5- 二甲氧基-1-[ (3-轻基-4_甲氧基苯基)硫代]苯。
6.如权利要求1 5中任一项所述的制造方法，其特征在于，在步骤一中， 脱羧硝化的反应温度为o-1oo°c;还原反应所用还原剂可以是锌粉、铁粉、镁粉，酸可以是醋酸、盐酸，还原剂也可以是钯碳/水合肼，镁粉/水合肼，铁粉/水合肼，钯碳/氢气等，反应温度为o-1oo°c;重氮化步骤中试剂可以是亚硝酸钠、亚硝酸钾、硝基丁烷，酸可以是盐酸、硫酸、磷酸和醋酸，反应温度为-20-10°C ;二硫代碳酸盐化试剂可以是各种烷基黄原酸盐，反应温度为0-120°C。
7.如权利要求1 5中任一项所述的制造方法，其特征在于，在步骤二中， 重氮化步骤可以用四氢锂铝/四氢呋喃还原，也可以用氢氧化钠水溶液水解，反应温度为o-1oo°c ;而碘代反应的反应溶剂可以是乙醇，甲醇，异丙醇，乙二醇等醇，苯，甲苯，丙酮，四氢呋喃，二氧六环，N, N-二甲基甲酰胺，吡唆，二甲亚砜，二氯甲烧，三氯甲烧，二氯乙烧等。
8.如权利要求1 5中任一项所述的制造方法，其特征在于，在步骤三中，碱性催化剂为选自无机碱性化合物，如碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾、氢化钠等，反应温度为0-200°C。
9.如权利要求1 5中任一项所述的制造方法，其特征在于，活性层包括层叠而成的电子给体材料和电子受体材料，其中电子给体材料为共轭聚合物或有机小分子半导体材料， 电子受体材料为碳60及其衍生物或者碳70及其衍生物或者无机半导体纳米颗粒，通过将上述材料形成的溶液涂覆在空穴传输层表面而成。
全文摘要
本发明公开了一种光伏电池的制造方法，包括依次制备衬底、阳极、活性层、电子传输层和阴极，电子传输层为具有通式(I)结构的聚合物，其聚合度n为1～300的任意整数，该聚合物的制造方法包括如下步骤第一、由化合物1脱羧硝化得化合物2，再还原成化合物3，然后再重氮化，与乙基黄原酸钾反应生成化合物4；第二、将芳香胺5重氮化，再与碘化钠反应合成芳香碘代产物6；第三、先将化合物4还原成苯硫酚7，然后与芳香氯代化合物8或芳香碘代化合物6溶在碱性催化剂作用下得到通式I化合物。采用该材料作为电子传输层制造的光伏电池具有较高的开路电压和良好的器件性能。
文档编号H01L51/46GK103022361SQ20121047360
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月20日 优先权日2012年11月20日
发明者张俊, 丛国芳 申请人:溧阳市生产力促进中心