一种聚合物薄膜太阳能电池阳极界面材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于太阳能电池技术领域，具体设及一种聚合物薄膜太阳能电池阳极界面 材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着能源危机和环境污染问题的加剧，人们对新型清洁能源的关注日益增加。其 中，太阳能电池作为一种利用光伏效应将太阳能直接转换为电能的装置，在全球范围内得 到大规模的发展。相较于无机太阳能电池，有机聚合物太阳能电池具有可W溶液加工、造价 低廉、容易大面积加工、可W制备成柔性器件等优势，因而受到了广泛的关注。现在最普遍 的聚合物太阳能电池结构为1995年Yu等人提出的体异质结结构，即由共辆聚合物给体和 富勒締衍生物受体构成的共混薄膜夹在涂覆有透明的导电金属氧化物阳极和金属阴极之 间而形成明治结构"。人们通过改进聚合物给体材料分子结构增加给体对太阳光的吸 收范围；在活性层配置过程中加入高沸点溶剂和添加剂，W及高温退火等方法控制和优化 活化层的互穿网络结构；引进阳极界面材料和阴极界面材料使得电极和活性层形成欧姆接 触，有利于自由载流子的收集。该些方法将共辆聚合物薄膜太阳能电池的能量转化效率提 高至10%W上，从而可W与无机太阳能电池竞争，进行商业化生产。目前，阳DOT:PSS(即： 聚（3,4-环二氧己基唾吩）：聚苯己締横酸盐）是聚合物太阳能电池中最常用的阳极界面 材料。然而，P邸〇T:PSS修饰后的阳极功函数在-5. 2eV左右，与许多新型聚合物给体的最高 占据轨道（HOMO)不匹配，不能形成欧姆接触，影响阳极对空穴的收集效率，因而阻碍了器 件光伏性能的提高。另一方面，由于PED0T:PSS具有酸性，对金属氧化物（如口0)阳极有 一定腐蚀作用，不利于光伏器件的长期工作；同时其吸水性是影响器件稳定性的主要因素。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决现有技术中的技术问题，本发明提供了一种聚合物薄膜太阳能电池 阳极界面材料的制备方法。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
[0005] 一种聚合物薄膜太阳能电池阳极界面材料的制备方法，该阳极界面材料由氧化铜 纳米粒子薄膜构成；氧化铜纳米粒子由超声法制备，具体包括如下步骤：
[0006] (1)向氯化铜溶液中加入四甲基氨氧化锭，得到氨氧化铜悬浊液；
[0007] (2)超声处理该悬浊液，得到氧化铜纳米粒子悬浊液；
[000引 （3)将所得悬浊液离屯、，分散在醇类溶剂中，配制成所需浓度的氧化铜纳米粒子溶 胶。
[0009] 在上述技术方案中，步骤（1)中W铜盐为前驱体。
[0010] 在上述技术方案中，步骤（2)中超声功率在100-500瓦。
[0011] 在上述技术方案中，步骤（2)中超声功率在功率为300瓦。
[0012] 在上述技术方案中，步骤（3)中氧化铜纳米粒子溶胶的溶剂为甲醇、己醇、丙醇、 异丙醇等简单醇类中的任意一种。
[0013] 在上述技术方案中，所述氧化铜纳米粒子薄膜由氧化铜纳米粒子溶胶旋涂而得， 其厚度为5-50纳米。
[0014] 在上述技术方案中，所述氧化铜纳米粒子薄膜的厚度为15纳米。
[0015] 在上述技术方案中，所述氧化铜纳米粒子薄膜经过低温退火处理，W除去薄膜中 剩余溶剂，低温退火处理温度为40-80摄氏度，处理时间为20-80分钟。
[0016] 在上述技术方案中，所述氧化铜纳米粒子薄膜经过紫外臭氧处理，时间10-30分 钟。
[0017] 在上述技术方案中，紫外臭氧处理时间为15分钟。
[001引本发明具有W下的有益效果：
[0019] 本发明是通过在ITO阳极表面引入氧化铜纳米粒子薄膜作为阳极界面层，通过紫 外臭氧处理调节阳极界面层功函数，使得该阳极界面层与聚合物给体HOMO能级更加匹配， 形成欧姆接触，减小空穴输出势垒，增加空穴收集效率。实验结果表明：同使用阳DOT;PSS 做阳极界面层的器件相比，使用紫外臭氧处理的氧化铜纳米粒子薄膜做阳极界面层的器件 取得了更加优异的光伏性能：开路电压仍然可W保持0. 89伏特，短路电流由10. 00毫安/ 平方厘米增大到10. 58毫安/平方厘米，填充因子仍能保持在66%W上，能量转化效率由 6. 00 %增大到 6. 44%。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明采用的电池结构示意图。其中；1是玻璃基板；2是铜锡氧化物 阳极层（IT0) ;3是由聚（3,4-环二氧己基唾吩）；聚苯己締横酸盐（P邸0T:I^S巧或者 氧化铜纳米粒子薄膜构成的阳极界面层；4是由聚[氮-(1-辛基壬基）-2, 7-巧挫-交 替-5, 5-(4'，7'-双-2-唾吩基-2'，1'，3'-苯并唾二挫）](PCDTBT)和[6, 6]-苯基C71 了 酸甲醋（PC,aBM)的共混物构成的光敏层；5是氣化裡（LiF)阴极界面层；6是侣阴极层。
[0021] 图2是本发明所制备的氧化铜纳米粒子的透射电镜照片；
[0022] 图3是本发明所制备的聚合物太阳能电池的电流-电压特性曲线图，其中：
[002引 曲线1是实施例1在强度为100毫瓦/平方厘米的AM1. 5G模拟太阳光下测试的 电流-电压特性曲线图；
[0024] 曲线2是实施例2在强度为100毫瓦/平方厘米的AM1. 5G模拟太阳光下测试的 电流-电压特性曲线图；
[0025] 曲线3是实施例3在强度为100毫瓦/平方厘米的AM1. 5G模拟太阳光下测试的 电流-电压特性曲线图；
[0026] 曲线4是对比例1在强度为100毫瓦/平方厘米的AM1. 5G模拟太阳光下测试的 电流-电压特性曲线图；
[0027]曲线5是对比例2在强度为100毫瓦/平方厘米的AM1. 5G模拟太阳光下测试的 电流-电压特性曲线图；
【具体实施方式】
[002引本发明的发明思想为：通过超声法制备氧化铜纳米粒子，经过退火和紫外臭氧处 理，得到阳极界面层。将其应用于聚合物体异质结太阳能电池中，解决了空穴收集w及器件稳定性方面的问题。
[0029] 在各种铜盐中，W最简单最便宜的氯化铜（化C12)为例，作为前驱体通过超声制备 氧化铜纳米粒子。具体的：
[0030] (1)配制氯化铜的己醇溶液，浓度为0. 001摩尔/升；
[0031] (2)向其中加入质量分数25%四甲基氨氧化锭，形成氨氧化铜悬浊液。悬浊液继 续揽拌40分钟，保证溶液PH值不再变化；
[0032] (3)利用直径6毫米的铁椿，将300瓦功率的能量W超声波的形式施予该悬浊液， 时长40分钟；
[0033] (4)所得悬浊液离屯、，然后分散在己醇中，配制成所需浓度的氧化铜纳米粒子的己 醇溶胶溶液。
[0034] 将所制备的氧化铜纳米粒子溶胶旋涂在覆有铜锡氧化物（ITO)的基板上，低温60 摄氏度退火处理用W除掉己醇溶剂，得到氧化铜纳米粒子构成的薄膜。将该薄膜置于紫外 臭氧气氛中处理10-30分钟，优化处理时间15分钟，得到所需的阳极界面层。
[0035] 本发明中所述的聚合物薄膜太阳能电池，包括依次连接的基板、阳极层、阳极界面 层、聚合物和富勒締衍生物的共混物构成的光敏层、阴极界面层和阴极层。其中，阳极界面 层为氧化铜纳米粒子薄膜，厚度为5-50纳米，优选为15纳米。
[0036] 本发明公开一种用于聚合物薄膜太阳能电池的阳极界面层的制备方法，该阳极界 面层由氧化铜纳米粒子薄膜构成。氧化铜纳米粒子通过超声法制备，具体的：
[0037] (1)配制浓度为0. 001摩尔/升的氯化铜的己醇溶液；
[003引 （2)向其中加入质量分数25%四甲基氨氧化锭，形成氨氧化铜悬浊液。悬浊液继 续揽拌40分钟，保证溶液PH值不再变化；
[0039] (3)利用直径6毫米的铁椿，将300瓦功率的能量W超声波的形式施予该悬浊液， 时长40分钟；
[0040] (4)所得悬浊液离屯、，然后分散在己醇中，配制成所需浓度的氧化铜纳米粒子的己 醇溶胶。
[0041] 该超声法制备的氧化铜纳米粒子粒径为3-12纳米。
[0042] 将所制备的氧化铜纳米粒子溶胶旋涂在覆有铜锡氧化物（ITO)的基板上，并退火 处理用W除掉己醇溶剂，得到氧化铜纳米粒子构成的薄膜。将该薄膜置于紫外臭氧气氛中 处理10-30分钟，优选为15分钟，得到所需的阳极界面层。
[0043] 下面将结合附图和具体实施例说明该阳极界面层在聚合物薄膜太阳能电池中的 应用。
[0044] 如附图1所示，本发明设及的聚合物太阳能电池包括依次连接的基板1，阳极层2， 阳极界面层3,聚合物和富勒締的衍生物的共混物构成的光敏层4,阴极界面层5和阴极层 6。
[0045] 所述的基板1为玻璃或柔性基板。
[0046] 所述的阳极层2为铜锡氧化物。
[0047] 所述的阳极界面层3为氧化铜纳米粒子。
[0048] 所述的光敏层4为聚合物和富勒締的衍生物组成的共混物。
[0049]本发明对所使用的聚合物和富勒締的衍生物不作限制，实施例中所使用的 聚合物和富勒締的衍生物仅为证明本发明一种用于聚合物薄膜太阳能电池的阳极界 面材料的用途。本发明中所述的聚合物使用聚[氮-(1-辛基壬基）-2, 7-巧挫-交 替-5, 5- (4'，7' -双-2-唾吩基-2'，1'，3' -苯并唾二挫）](PCDTBT)。富勒締的衍生物使用 [6, 6]