一种有机薄膜太阳能电池的制备方法及其有机薄膜太阳能电池的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种有机薄膜太阳能电池的制备方法及其有机薄膜太阳能电池，它包括以下步骤：(a)以载玻片作为衬底，在其表面形成导电氧化物薄膜，清洗烘干后作为阴极层待用；(b)在阴极层上形成具有电子传输性能的阴极修饰层；(c)在阴极修饰层上沉积电子给体材料与电子受体材料的混合物，形成光活性层；电子受体材料为[6，6]?C60?苯基丁酸甲酯或[6，6]?C70?苯基丁酸甲酯；(d)在光活性层上形成具有空穴传输性能的阳极修饰层；(e)在阳极修饰层上固化一层导电浆料，形成阳极层；(f)将步骤(e)得到的器件进行退火处理即可；通过采用特定的电子给体材料与电子受体材料，并结合现有工艺步骤，能够获得高光电转化效率的有机薄膜太阳能电池。
【专利说明】
一种有机薄膜太阳能电池的制备方法及其有机薄膜太阳能电池
技术领域
[0001]本发明属于太阳能电池器件领域，具体涉及一种有机薄膜太阳能电池的制备方法及其有机薄膜太阳能电池。
【背景技术】
[0002]随着全球经济的快速发展，能源的消耗急剧增长，化石燃料的巨量使用不仅造成了煤、石油、天然气等不可再生能源的日渐枯竭，威胁到人类社会的能源安全，而且大量二氧化碳的排放也造成了日益严重的社会环境问题。在这种形势下，急需开发利用既经济性能又高的清洁能源。其中，太阳能被视为可利用的、最有前途的、可再生能源之一，引起人们的广泛关注。
[0003]太阳能的利用方案主要包括光热和光伏两大类，其中光伏发电以其高效、系统简洁、长寿命、维护简单等优点备受青睐，成为太阳能利用的主流技术。光伏发电的核心元件是太阳能电池。在众多种类的太阳能电池中，以单晶硅和多晶硅技术最为成熟，是目前市场上的主流。但目前这些太阳能电池的成本仍然较高，只能在一些特殊的场合使用。因此，要使太阳能发电得到大规模推广，就必须提高太阳能电池的效率、降低其成本。有机薄膜太阳能电池技术被认为是最有吸引力、廉价的太阳能电池技术之一，这是因为有机材料合成成本低、功能易于调制、柔韧性及成膜性都较好;而且它的制造工艺不需要涉及无机物溅射、化学气相沉积、高纯度硅晶体生长制备、掺杂等薄膜工艺及昂贵的物理或化学加工手段，可以利用旋涂或喷墨打印等成膜技术，具有易实现大面积制造、制造过程相对简单、可使用柔性衬底、环境友好、轻便易携、器件制作成本低等特点。
[0004]近年来，随着对有机太阳能电池材料和器件结构的不断探索，有机太阳能电池的效率已经达到了 9%_10%。但目前报道的高性能有机太阳能电池器件，大都采用真空蒸镀的方法来制备电极或者修饰层，而真空蒸镀过程具有工艺复杂、时间长、成本高、能耗高、不利于大面积制备等缺点，极大地削弱了有机太阳能电池快速、低成本、易于大规模生产等优势。
【发明内容】
[0005]本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种有机薄膜太阳能电池的制备方法。
[0006]为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:一种有机薄膜太阳能电池的制备方法，它包括以下步骤:
[0007](a)以载玻片作为衬底，在其表面形成导电氧化物薄膜，清洗烘干后作为阴极层待用；
[0008](b)在所述阴极层上形成具有电子传输性能的阴极修饰层；
[0009](C)在所述阴极修饰层上沉积电子给体材料与电子受体材料的混合物，形成光活性层;所述电子受体材料为[6，6]-C60-苯基丁酸甲酯或[6，6]-C70-苯基丁酸甲酯；
[0010](d)在所述光活性层上形成具有空穴传输性能的阳极修饰层；
[0011](e)在所述阳极修饰层上固化一层导电浆料，形成阳极层；
[0012](f)将步骤(e)得到的器件进行退火处理即可；
[0013]所述电子给体材料为聚乙烯基咪唑、1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐聚合物、聚(3，4_亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)或聚(3-环己基-4-甲基噻吩-2，5-二基)(CAS号:160848-56-6);所述电子给体材料与所述电子受体材料的质量比为I?5:1。
[0014]优化地，所述电子给体材料为聚(3，4_亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)，电子受体材料为[6，6 ] -C60-苯基丁酸甲酯;它们的质量比为2:1。
[0015]进一步地，所述阴极修饰层为Ti02、Zn0或Sn〇2。
[0016]本发明的又一目的在于提供一种有机薄膜太阳能电池，它由上述的有机薄膜太阳能电池的制备方法制得。
[0017]由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:本发明有机薄膜太阳能电池的制备方法，通过采用特定的电子给体材料与电子受体材料，并结合现有工艺步骤，能够获得高光电转化效率的有机薄膜太阳能电池。
【具体实施方式】
[0018]下面将对本发明优选实施方案进行详细说明。
[0019]实施例1
[0020]本实施例提供一种有机薄膜太阳能电池的制备方法，它包括以下步骤:
[0021](a)以载玻片作为衬底，在其表面形成导电氧化物薄膜(可以直接购买市售的铟锡氧化物，即ITO导电玻璃)，清洗烘干后作为阴极层待用；
[0022](b)将利用溶胶-凝胶法制备的ZnO纳米粒子分散在氯苯中(浓度为50mg/mL)，然后旋涂在ITO导电玻璃上，匀胶机转速为4500rpm，匀胶时间为30s，形成一层厚度为20nm的ZnO，并在180°C下加热35min固化，冷却形成具有电子传输性能的阴极修饰层；
[0023](c)在ZnO层上滴加含[6，6]-C70_苯基丁酸甲酯与聚乙烯基咪唑质量比为1:1、均勾混合的、总浓度为15mg/mL的氯苯溶液，控制勾胶机的转速为4 O O O r pm，勾胶时间为3 O s，得到厚度为60nm的光活性层，并置于手套箱中在120°C下加热15min固化，冷却形成光活性层；
[0024](d)在光活性层上面旋涂一层聚(3，4_亚乙二氧基噻吩):聚(苯乙烯磺酸)层，控制匀胶机转速为1500rpm，匀胶时间20s，使膜厚80nm左右，在150°C下加热30min固化，冷却得阳极修饰层；
[0025](e)在阳极修饰层表面利用丝网印刷形成一层导电银浆料，其中浆料组份的质量百分比为:粒径为Ιμπι的银粉60 %、己二酸二甲酯30%、环氧树脂I %、可溶性酚醛树脂9%，形成厚度为2μπι的膜，并置于手套箱中在100°C下加热40min固化形成阳极层；
[0026](f)将步骤(e)得到的器件置于手套箱中退火，得到有机薄膜太阳能电池。
[0027]实施例2
[0028]本实施例提供一种有机薄膜太阳能电池的制备方法，其步骤与实施例1中的基本一致，不同的是:步骤(C)中，电子给体材料为聚(3，4_亚乙二氧基噻吩)_聚(苯乙烯磺酸)，电子受体材料为[6，6]-060_苯基丁酸甲酯，它们的质量比为2:1。
[0029]实施例3
[0030]本实施例提供一种有机薄膜太阳能电池的制备方法，其步骤与实施例1中的基本一致，不同的是:步骤(C)中，电子给体材料为1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐聚合物，电子受体材料为[6，6]460-苯基丁酸甲酯，它们的质量比为5:1。
[0031 ] 实施例4
[0032]本实施例提供一种有机薄膜太阳能电池的制备方法，其步骤与实施例1中的基本一致，不同的是:步骤(C)中，电子给体材料为聚(3-环己基-4-甲基噻吩-2，5_二基)(CAS号:160848-56-6)，电子受体材料为[6，6 ] -C60-苯基丁酸甲酯，它们的质量比为3:1。
[0033]实施例5
[0034]本实施例提供一种有机薄膜太阳能电池的制备方法，其步骤与实施例1中的基本一致，不同的是:步骤(b)中，利用溶胶-凝胶法制备得到T12纳米粒子分散在氯苯中。
[0035]实施例6
[0036]本实施例提供一种有机薄膜太阳能电池的制备方法，其步骤与实施例1中的基本一致，不同的是:步骤(b)中，利用溶胶-凝胶法制备得到SnO2纳米粒子分散在氯苯中。
[0037]对比例I
[0038]本实施例提供一种有机薄膜太阳能电池的制备方法，它包括以下步骤:
[0039](a)在玻璃基板上，利用溶胶-凝胶法制备厚度为SOnm的ITO透明导电薄膜，并刻蚀成具有一定宽度的细条状，清洗干净并烘干待用
[0040](b)将利用溶胶-凝胶法制备的ZnO纳米粒子分散在氯苯中，浓度为50mg/mL，然后旋涂在ITO透明导电薄膜上，勾胶机转速为4500rpm，勾胶时间为30s，形成一层厚度为20nm的ZnO，并在180°C下加热35min固化，冷却；
[0041 ] (c)在ZnO层上滴加含聚3-己基噻唑与[6，6]-C70-苯基丁酸甲酯质量比为4:1、均勾混合的、总浓度为15mg/mL的氯苯溶液，控制勾胶机的转速为4 O O O r pm，勾胶时间为3 O s，得到厚度为60nm的光活性层，并置于手套箱中在120°C下加热15min固化，冷却；
[0042](d)在光活性层上面旋涂一层聚(3，4_亚乙二氧基噻吩):聚(苯乙烯磺酸)层，控制匀胶机转速为1500rpm，匀胶时间20s，使膜厚80nm左右，在150°C下加热30min固化，冷却；
[0043](e)在聚(3，4_亚乙二氧基噻吩):聚(苯乙烯磺酸)层上面利用丝网印刷法形成一层导电银浆料，其中浆料组份的质量百分比为:粒径为Ιμπι的银粉60%、己二酸二甲酯30%、环氧树脂I %、可溶性酚醛树脂9%，形成厚度为2μπι的膜，并置于手套箱中在100°C下加热40min固化形成阳极层；
[0044](f)最后将整个器件置于手套箱中退火，得到有机薄膜太阳能电池。
[0045]将实施例1至实施例6、对比例I中的有机薄膜太阳能电池进行光电测试，其光电转化效率分别为:9.5%、10.3%、8.9%、9.8%、9.0%、9.6%和8.5%。
[0046]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种有机薄膜太阳能电池的制备方法，它包括以下步骤: (a)以载玻片作为衬底，在其表面形成导电氧化物薄膜，清洗烘干后作为阴极层待用； (b)在所述阴极层上形成具有电子传输性能的阴极修饰层； (C)在所述阴极修饰层上沉积电子给体材料与电子受体材料的混合物，形成光活性层；所述电子受体材料为[6，6]-C60-苯基丁酸甲酯或[6，6]-C70-苯基丁酸甲酯； (d)在所述光活性层上形成具有空穴传输性能的阳极修饰层； (e)在所述阳极修饰层上固化一层导电浆料，形成阳极层； (f)将步骤(e)得到的器件进行退火处理即可； 其特征在于:所述电子给体材料为聚乙烯基咪唑、1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐聚合物、聚(3，4_亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)或聚(3-环己基-4-甲基噻吩-2，5-二基)；所述电子给体材料与所述电子受体材料的质量比为I?5:1。2.根据权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于:所述电子给体材料为聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)，电子受体材料为[6，6 ]-C60-苯基丁酸甲酯;它们的质量比为2:1。3.根据权利要求2所述的有机薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于:所述阴极修饰层为 T12、ZnO 或 SnO2。4.权利要求1至3中任一所述有机薄膜太阳能电池的制备方法制得的有机薄膜太阳能电池。
【文档编号】H01L51/48GK105845828SQ201610172092
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】李浩然, 雷涛, 汤俏薇, 敖蓓, 马文·彦恩
【申请人】浙江零维光伏科技有限公司