一种用于倒结构聚合物太阳电池的azo/pvp阴极复合缓冲层及其应用【
技术领域：
】[0001]本发明属于新能源中的太阳能电池
技术领域：
，具体涉及一种用于倒结构聚合物太阳电池的AZ0/PVP阴极复合缓冲层及其应用。【
背景技术：
】[0002]近年来，采用电子传输层材料替换了有机传统结构电池中PED0T:PSS材料，并使用Au、Ag等高功函数金属作为阳极，倒结构聚合物太阳电池(Invertedpolymersolarcells,IPSCs)的性能得到明显提升[参见S.Liao,H.Jhuo,P.Yeh,Y.Cheng,Y.Li,Y.Lee，S.SharmajS.Chen,SingleJunct1nInvertedPolymerSolarCellReachingPowerConvers1nEfficiency10.31%byEmployingDual-DopedZincOxideNano-FilmasCathodeInterlayer,ScientificReports,do1:10.1038/srep06813]0在IPSC中，Al-dopedZnO(AZO)由于具有高电子迀移率和可见光波段的高透过特性，而且价格低廉，制备方法多种多样，在有机太阳电池中作为阴极缓冲层。特别是溶胶凝胶方法，无需昂贵的真空设备，能够实现低成本、大面积成膜，并且制备工艺简单，溶液组分易调整，过程易控制，被认为具备大面积商业化潜能C3[参见X.YujX.YujJ.Zhang,Z.HujG.ZhaojY.Zhao,Effectivelighttrappingenhancednear-UV/bluelightabsorpt1nininvertedpolymersolarcellsviasol-geltexturedAl-dopedZnObufferlayer,Sol.EnergyMater.Sol.Cells121(2014)28-34；M.H.Chen,Y.C.KuojH.H.LinjY.ChaojM.Wong,Highlystableinvertedorganicphotovoltaicsusingaluminum-dopedzincoxideaselectrontransportlayers.J.PowerSources,275(2015)274-278]。然而，由于较低温度下采用溶胶凝胶方法制备的ZnO(AZO)薄膜表面会产生大量不完整配位键[参见T.StubhanjM.Salinas，A.EbeljF.C.Krebs,A.HirschjM.HalikjC.J.BrabecjIncreasingthefillfactorofinvertedP3HT:PCBMsolarcellsthroughsurfacemodificat1nofAl-dopedZnOviaphosphonicacid-anchoredC60SAMs,Adv.EnergyMater.2(2012)532-535]以及轻基缺陷[Μ.Chen,X.Wang,Y.H.YujZ.LPeijX.DBaijC.Sun,R.FHuang,L.SWen.X-rayphotoelectronspectroscopyandaugerelectronspectroscopystudiesofAl-dopedZnOfilms.AppliedSurfaceScience,158(2000)134-140;J.Wang,Z.Wang,B.Huang,Y.MajY.LiujX.QinjX.Zhang,Y.Dai，OxygenVacancyInducedBand-GapNarrowingandEnhancedVisibleLightPhotocatalyticActivityofZnOjACSApp1.Mater.1nterfaces,4(2012)4024-4030]，再加上有机活性层材料与无机材料AZO缓冲层之间表面能不同，导致二者之间接触质量较差。优异的互穿网络和表面形貌将有利于激子的产生和分离，而接触界面质量直接决定了电荷的传输和抽取的效果。在倒结构电池中，无机材料(AZO)缓冲层与有机活性层之间差的接触，导致电池的表面接触电阻增加，电池填充因子下降；电池内建电势降低，体电阻增加，电池开路电压下降，这样使得电池器件整体性能的提升受到很大程度的限制。因此，提高倒结构有机聚合物电池性能迫切需要性能优良的阴极缓冲层，不仅能够与活性层之间形成欧姆接触，而且制备工艺方便快捷，价格低廉，能与roll-to-roll大面积制备方法相兼容。【
发明内容】[0003]本发明针对有机倒结构太阳电池中阴极缓冲层AZO存在问题，提供一种用于倒结构聚合物太阳电池的AZ0/PVP阴极复合缓冲层。[0004]本发明还提供一种方法简单，易控制，制造成本低，并能在较低温度下、空气中、大面积制备的AZ0/PVP阴极复合缓冲层的制备方法。[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种用于倒结构聚合物太阳电池的AZ0/PVP阴极复合缓冲层，该AZ0/PVP阴极复合缓冲层的制备方法包括如下步骤:首先，称取I克二水和合醋酸锌(Zn(CH3CO2)2-2H20)和0.001~0.02克九水合硝酸铝(Al(NO3)3-9H20)溶解在40毫升乙醇中，取0.01~0.3毫升单乙醇胺加入溶液中做为稳定剂，将配置好的溶液在30~60°C下搅拌20~30min，待溶液清澈透明后，在室温条件下陈化10~24h以上，前驱液配制完成；将前驱液滴涂在洗净烘干的ITO玻璃衬底上，匀胶机转速1800rpm，旋涂时间为20S，旋涂完毕后，将载有前驱液的ITO玻璃衬底放置在100~240°C热板上加热5~10min进行预退火，再进行100~3000C20-30min的后退火，退火处理过程完毕得到AZO薄膜；其次，称取0.03克PVP(k30)溶解在20毫升乙醇中制成PVP溶液，20~50°C条件下搅拌30~35min后，将均匀澄清的PVP溶液滴涂在制备完成的AZO薄膜上，调节匀胶机转速，使用转速800rpm旋涂时间5~20s旋涂制备AZ0/PVP复合薄膜；再次，将AZ0/PVP复合薄膜放置在80~120°C热板上进行5~15min热处理，15min结束立即移除，冷却至室温，得到AZ0/PVP阴极复合缓冲层。该热处理过程非常重要，主要有三个作用:一，将PVP薄膜中乙醇溶液去除，使PVP干燥成膜；二，热处理使得AZO与PVP的界面接触更紧密，利于载流子的传输；三，烘干得到的PVP网状分布的表面形貌将与活性层形成欧姆接触，提高载流子在PVP/活性层界面处分离效率、减少载流子复合。[0006]作为优选，将前驱液滴涂在ITO玻璃衬底上是采用Iml容量的一次性注射器，其具有0.45μm有机过滤嘴。[0007]作为优选，所述PVP选择k值30的产品。[0008]一种用于倒结构聚合物太阳电池的AZ0/PVP阴极复合缓冲层的制备方法，包括如下步骤:首先，称取I克二水和合醋酸锌(Zn(CH3CO2)2-2H20)和0.001~0.02克九水合硝酸铝(Al(NO3)3-9H20)溶解在40毫升乙醇中，取0.01~0.3毫升单乙醇胺加入溶液中做为稳定剂，将配置好的溶液在30~60°C下搅拌20~30min，待溶液清澈透明后，在室温条件下陈化10~24h以上，前驱液配制完成；将前驱液滴涂在洗净烘干的ITO玻璃衬底上，匀胶机转速1800rpm，旋涂时间为20S，旋涂完毕后，将载有前驱液的ITO玻璃衬底放置在100~240°C热板上加热5~10min进行预退火，再进行100~3000C20-30min的后退火，退火处理过程完毕得到AZO薄膜；其次，称取0.03克PVP(k30)溶解在20毫升乙醇中制成PVP溶液，20~50°C条件下搅拌30~35min后，将均匀澄清的PVP溶液滴涂在制备完成的AZO薄膜上，调节匀胶机转速，使用转速800rpm旋涂时间5~20s旋涂制备AZ0/PVP复合薄膜；再次，将AZ0/PVP复合薄膜放置在80~120°C热板上进行5~15min热处理，15min结束立即移除，冷却至室温，得到AZ0/PVP阴极复合缓冲层。[0009]一种采用所述的AZ0/PVP阴极复合缓冲层制得的倒结构聚合物太阳电池。所述倒结构聚合物太阳电池的一种制备方法如下:O电池器件制备:活性层制备:将给体和受体材料poly(3-hexylth1phene)(P3HT):[6,6]-phenylC61butyricacidmethylester当前第1页1 2