一种环保的有机光伏元件及其制备方法
【专利摘要】本发明为一种环保的有机光伏元件，该光伏元件由玻璃衬底上的一层阴极层、一层沉积在阴极层上的阴极修饰层、一层沉积在阴极修饰层上的n型掺杂光活性层、一层沉积在n型掺杂光活性层上的阳极修饰层和一层沉积在阳极修饰层上的阳极层组成。本发明所提出的一种环保的有机光伏元件在光活性薄膜制备技术上突破了传统二组分光活性薄膜的束缚，具有原始创新性，能够提高器件的载流子收集效率和能量转换效率，有助于实现有机太阳能电池的长期稳定性，进而提高有机太阳能电池的性能。
【专利说明】
一种环保的有机光伏元件及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明的技术方案涉及专门适用于将光能转换为电能的固体器件，具体地说是一 种环保的有机光伏元件及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 能源问题关系到国家安全，意义重大。当今世界，在减少化石能源消耗的同时，人 们也在积极寻找并开发新型的能源利用和转化技术。由于有机半导体具有柔性、成本低廉 等优势，有机太阳能电池成为当前可再生能源技术的焦点之一。目前，有机太阳能电池通常 使用聚合物/小分子本体异质结薄膜作为光活性层，能量转换效率最高已经接近12%，但仍 然小于多晶硅太阳能电池的产业化水平（17-17.5 % )。
[0003] 进一步提高有机太阳能电池的能量转换效率，核心在于发展光活性层的设计理 念。由于有机分子的结晶能力差且具有不可避免的共价键振动，有机固体具有很强的结构 无序性，这带来了能量无序性，从而导致在禁带中生成一些浅陷阱，极大地降低了有机材料 的载流子迀移率。这一问题是有机材料的本征缺陷，不能通过合成新的有机分子结构得到 彻底解决。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的为针对当前技术中存在的不足，提供一种环保的有机光伏元件及其 制备方法，该光伏元件通过η型掺杂三组分光活层加入，能够提高器件的载流子收集效率和 能量转换效率。本发明的有机光伏元件用于η型掺杂的反向聚合物太阳能电池，与目前使用 常规二组分光活性层的反向聚合物太阳能电池相比，具有更好的器件性能。
[0005] 本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：
[0006] -种环保的有机光伏元件，该光伏元件由玻璃衬底上的一层阴极层、一层沉积在 阴极层上的阴极修饰层、一层沉积在阴极修饰层上的η型掺杂光活性层、一层沉积在η型掺 杂光活性层上的阳极修饰层和一层沉积在阳极修饰层上的阳极层组成；
[0007] 所述阴极层的材料是导电氧化铟锡薄膜或贵金属薄膜；
[0008] 所述沉积在阴极层上的阴极修饰层的材料是乙氧基化的聚乙烯亚胺；
[0009] 所述沉积在阴极修饰层上的η型掺杂光活性层的材料是以下三组分薄膜中的任意 一种：Ι.由聚（3-己基噻吩）、[6.6]_苯基_C 61-丁酸甲酯和隐性结晶紫组成的η型掺杂薄膜， 其质量配比为聚(3-己基噻吩）：[6.6 ]-苯基-C61-丁酸甲酯:隐性结晶紫=12:9.6:0.1~12: 9.6:1;或者，Π ·由聚[[2,6'-4,8_二（5-乙基己基噻吩基）苯并[l，2-b;3,3-b]二噻吩][3-氟代-2 [ (2-乙基己基)羰基]噻吩并[3，4-b]噻吩二基]]、[6.6]-苯基-C71-丁酸甲酯和派咯 宁B组成的三组分薄膜，其质量配比为聚[[2,6'-4,8-二(5-乙基己基噻吩基）苯并[1，2-13; 3,3-13]二噻吩][3-氟代-2[(2-乙基己基)羰基]噻吩并[3,4-13]噻吩二基]] :[6.6]-苯基-Cn-丁酸甲酯:派咯宁B= 10:15:0.1~10:15:1;或者，III.由聚[[2,6'-4,8_二(5-乙基己基 噻吩基)苯并[1，2-b; 3，3-b ]二噻吩][3-氟代-2 [ (2-乙基己基)羰基]噻吩并[3，4-b ]噻吩二 基]]、非富勒烯受体IDT衍生物和隐性结晶紫组成的三组分薄膜，其质量配比为聚[[2,6'_ 4,8_二(5-乙基己基噻吩基)苯并[l，2-b;3,3-b]二噻吩][3-氟代_2[(2_乙基己基)羰基]噻 吩并[3，4-b]噻吩二基]]:非富勒烯受体IDT衍生物:隐性结晶紫=10:15:0.1~10:15:1;
[0010] 所述沉积在η型掺杂光活性层上的阳极修饰层的材料是三氧化钼；
[0011] 所述沉积在阳极修饰层上的阳极层材料是银。
[0012] 所述的氧化铟锡导电薄膜的面电阻小于10欧姆/每4X4cm2方块，其厚度为100nm;
[0013] 所述的贵金属是金或银，其薄膜的厚度为10nm。
[0014]所述的阴极修饰层的厚度为5nm〇
[0015]所述的n型掺杂光活性层，当为第I种时，其厚度为80nm;当为第Π 中或第III种时， 厚度为120nm〇
[0016]所述的阳极修饰层的厚度为10nm〇 [0017]所述的阳极层的厚度为100nm〇
[0018] 所述的材料均可以通过商购获得。
[0019] 为了节省篇幅，列出以下化合物的英文缩写、分子式或元素符号，并在下文中均用 英文缩写、分子式或元素符号表示相应的化合物。
[0020] 聚（3-己基噻吩）的英文缩写为P3HT; [6.6]-苯基-c61-丁酸甲酯的英文缩写为 PC61BM;隐性结晶紫的英文缩写为LCV;派咯宁B的英文缩写为PyB;聚[[2，6 ' -4，8-二(5-乙基 己基噻吩基)苯并[1，2-b; 3，3-b]二噻吩][3-氟代-2 [ (2-乙基己基)羰基]噻吩并[3，4-b]噻 吩二基]]的英文缩写为PTB7-Th;非富勒烯受体IDT衍生物的英文缩写为IEIC;[6.6]_苯基-Cn_丁酸甲酯:PCnBM;乙氧基化的聚乙烯亚胺:PEIE;三氧化钼的分子式为Mo0 3 ;银的元素符 号为Ag;金的元素符号为Au。
[0021 ]上述一种环保的有机光伏元件的制备方法，其步骤如下：
[0022]第一步，衬底上的阴极层的处理
[0023]把阴极层覆盖在玻璃衬底上，得到阴极衬底，将该阴极衬底裁成4X4cm2的小块， 先在盛有丙酮的超声波清洗器中清洗，再在盛有乙醇的超声波清洗器中清洗，最后在盛有 去离子水的超声波清洗器中清洗，该阴极层是厚度为l〇〇nm和面电阻小于10欧姆/每4X 4cm2方块的氧化铟锡导电薄膜、或厚度为10nm的金薄膜、或厚度为10nm的银薄膜；
[0024]第二步，在阴极层上沉积阴极修饰层
[0025]将第一步处理过的阴极衬底用氮气吹干;在5000转/分钟的速度下，将PEIE溶液旋 涂到阴极衬底上，旋涂时间为60秒钟，形成的PEIE薄膜的厚度为5nm，之后在大气条件下放 置200秒;PEIE溶液为质量百分浓度0.1 %，溶剂为2-甲氧基乙醇。
[0026]第三步，在阴极修饰层上沉积η型掺杂光活性层 [0027] 选用以下工艺中的任意一种：
[0028] I.按照三组分薄膜的质量配比为Ρ3ΗΤ: PC61BM: LCV= 12 :9.6 :0.1~1，配制含有 12mg/ml的P3HT、9.6mg/ml的PC6iBM和0.1~lmg/ml的LCV的混合溶液，其中，混合溶液的溶剂 为1，2_邻二氯苯的;在1000转/分钟的速度下，将上述配制的混合溶液旋涂到第二步沉积的 阴极修饰层上，旋涂时间为60秒钟，形成的三组分薄膜的厚度为80nm，之后在大气条件下放 置200~1200秒；
[0029] 或者，Π ·按照三组分薄膜的质量配比为PTB7-Th:PC7iBM:PyB= 10:15:0· 1~1，配 制含有lOmg/ml的PTB7-Th、15mg/ml的PC71BM和Ο · 1~lmg/ml的PyB的混合溶液，其中，混合溶 液的溶剂为1，2_邻二氯苯的;在1000转/分钟的速度下，将上述配制的混合溶液旋涂到第二 步沉积的阴极修饰层上，旋涂时间为60秒钟，形成的三组分薄膜的厚度为120nm;
[0030] 或者，m .按照三组分薄膜的质量配比为PTB7-Th: IEIC: LCV= 10:15:0.1~1，配制 含有1 Omg/ml的PTB7-Th、15mg/ml的PC71BM和0 · 1~lmg/ml的LCV的混合溶液，其中，混合溶液 的溶剂为1，2_邻二氯苯的;在1000转/分钟的速度下，将上述配制的混合溶液旋涂到第二步 沉积的阴极修饰层上，旋涂时间为60秒钟，形成η型掺杂光活性层，其厚度为120nm;
[0031] 第四步，在η型掺杂光活性层上沉积阳极修饰层
[0032]将第三步制得的沉积了η型掺杂活性层的中间产品放入真空镀膜机中，真空镀膜 机抽到背景真空度为4Xl(T4Pa，采用热蒸发方式，在第三步沉积的η型掺杂光活性层上再沉 积Μο〇3作为阳极修饰层，厚度为10nm;
[0033] 第五步，在阳极修饰层上沉积阳极层
[0034] 在真空镀膜机中，真空镀膜机抽到背景真空度为4Xl(T4Pa，采用热蒸发方式，在第 四步沉积的阳极修饰层上沉积Ag薄膜作为阳极层，厚度lOOnm，沉积速率为0. 2 A/s，将此最 终产品从在真空镀膜机中取出；
[0035] 由此，最终制得上述一种环保的有机光伏元件，是一种η型掺杂的反向聚合物太阳 能电池。
[0036] 上述反转结构的聚合物太阳能电池的制备方法中，所涉及的设备、工艺均是本技 术领域的技术人员所熟知的，所涉及的材料均是商购获得的。
[0037]本发明的有益效果是：
[0038] (1)与现有技术相比本发明一种环保的有机光伏元件及其制备方法的突出的实质 性特点是:本发明所提出的一种环保的有机光伏元件使用的是η型掺杂三组分光活性层，在 光活性薄膜制备技术上突破了传统二组分光活性薄膜的束缚，具有原始创新性，能够提高 器件的载流子收集效率和能量转换效率，因此，本发明具有突出的实质性特点。
[0039] (2)与现有技术相比本发明一种环保的有机光伏元件及其制备方法的显著进步在 于:经η型掺杂后，光活性层中有机小分子受体相的热稳定性和化学稳定性同时得到提高， 这有助于实现有机太阳能电池的长期稳定性。
[0040] (3)载流子迀移率对有机太阳能电池的重要意义如下：1、高载流子迀移率可以提 高光活性层中光生激子的分离效率;2、高载流子迀移率可以提高光活性层中光生载流子的 收集效率。在有机太阳能电池中，有机小分子受体(富勒烯衍生物和非富勒烯衍生物）的最 低未占有分子轨道能级一般在-4.OeV左右，这很容易与隐性结晶紫和派咯宁Β等物质形成η 型掺杂的体系，这有望能够用来提高光活性层中受体相的载流子迀移率，进而提高有机太 阳能电池的性能。
【附图说明】
[0041] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0042] 图1为本发明一种环保的有机光伏元件的结构示意图。
[0043] 图2为本发明实施例1制得的一种环保的有机光伏元件与现有技术中传统二组分 光活性薄膜反向聚合物太阳能电池的光电流曲线比较图。
【具体实施方式】
[0044] 图1所示实施例表明，本发明一种环保的有机光伏元件是由在玻璃衬底上的一层 阴极层i、一层沉积在阴极层i上的阴极修饰层ii、一层沉积在阴极修饰层ii上的η型掺杂光 活性层iii、一层沉积在η型掺杂光活性层iii上的阳极修饰层iv和一层沉积在阳极修饰层 iv上的阳极层v组成。
[0045] 实施例1
[0046] 制备结构为厚度 100nm 的 ΙΤ0/厚度 5nm 的 PEIE/厚度 80nm 的 P3HT:PC6iBM:LCV=12: 10:0.24/厚度10nm的M0O3/厚度100nm的Ag的反向聚合物太阳能电池。
[0047] 该反向聚合物太阳能电池是由玻璃衬底上的一层厚度100nm的ΙΤ0阴极层、一层沉 积在ΙΤ0阴极层上的厚度5nm的PEIE薄膜阴极修饰层、一层沉积在PEIE薄膜阴极修饰层上的 厚度80nm的P3HT: PC61BM: LCV薄膜η型掺杂光活性层、一层沉积在P3HT: PC61BM: LCV薄膜η型 掺杂光活性层上的厚度l〇nm的Μο〇3薄膜阳极修饰层和一层沉积在Μο〇3薄膜阳极修饰层上的 厚度100nm的Ag阳极层组成的反向聚合物太阳能电池。
[0048]上述ΙΤ0为氧化铟锡薄膜的简称，ΙΤ0阴极层附着在玻璃衬底上，简称为ΙΤ0阴极衬 底。氧化铟锡导电薄膜的厚度为l〇〇nm，面电阻小于10欧姆/每4 X 4cm2方块。本实施例的ΙΤ0 阴极衬底是由南玻公司生产的，通过商购获得。
[0049] 上述反向聚合物太阳能电池的制备方法，其步骤如下：
[0050] 第一步，衬底上的ΙΤ0阴极层的处理
[0051 ] 将氧化铟锡导电薄膜的厚度为100nm、大小为4 X 4cm2和面电阻小于10欧姆/每4 X 4cm2方块的ΙΤ0阴极衬底方块先在盛有丙酮的超声波清洗器中清洗两次，再在盛有乙醇的 超声波清洗器中清洗两次，最后在盛有去离子水的超声波清洗器中清洗两次，每次10分钟； [0052]第二步，在阴极层上沉积阴极修饰层
[0053] 将第一步处理过的阴极衬底用氮气吹干。配置PEIE浓度为0.1 %的2-甲氧基乙醇 溶液。在5000转/分钟的速度下，将PEIE溶液旋涂到阴极上，旋涂时间为60秒钟，形成的PEIE 薄膜的厚度为5nm，之后在大气条件下放置200秒；
[0054]第三步，在阴极修饰层上沉积η型掺杂光活性层
[0055] 按照三组分薄膜的质量配比为Ρ3ΗΤ: PC61BM: LCV= 12: 9.6:0.24，配制12mg/ml的 ?3肌、9.611^/1111的？0^1和0.241^/1111的^^的溶剂为1，2-邻二氯苯的混合溶液，在100转/分 钟的速度下，将上述配制的混合溶液旋涂到第二步沉积的阴极修饰层上，旋涂时间为60秒 钟，形成的三组分薄膜的厚度为80nm，之后在大气条件下放置200~1200秒；
[0056]第四步，在η型掺杂光活性层上沉积阳极修饰层
[0057]将第三步制得的沉积了η型掺杂活性层的中间产品放入真空镀膜机中，真空镀膜 机抽到背景真空度为4Xl(T4Pa，采用热蒸发方式，在第三步沉积的η型掺杂光活性层上再沉 积Μο〇3作为阳极修饰层，厚度为10nm;
[0058] 第五步，在阳极修饰层上沉积阳极层
[0059] 在真空镀膜机中，真空镀膜机抽到背景真空度为4Xl(T4Pa，采用热蒸发方式，在第 四步沉积的阳极修饰层上沉积Ag薄膜作为阳极层，厚度100nm，沉积速率为0. 2 i/s:，将此最 终产品从在真空镀膜机中取出；
[0060]由此，最终制得上述一种环保的有机光伏元件，是一种具有η型掺杂光活性层的反 向聚合物太阳能电池。
[0061 ]对比实施例1
[0062] 制备结构为厚度 100nm 的 ΙΤ0/厚度 5nm 的 ΡΕΙΕ/厚度 80nm 的 P3HT:PC6iBM=12:9.6/ 厚度10nm的M0O3/厚度100nm的Ag的反向聚合物太阳能电池。
[0063] 该反向聚合物太阳能电池是由玻璃衬底上的一层厚度100nm的ΙΤ0阴极层、一层沉 积在ΙΤ0阴极层上的厚度5nm的PEIE薄膜阴极修饰层、一层沉积在PEIE薄膜阴极修饰层上的 厚度80nm的P3HT: PC61BM薄膜η型掺杂光活性层、一层沉积在P3HT: PC61BM二组分薄膜光活性 层上的厚度l〇nm的Mo〇3薄膜阳极修饰层和一层沉积在Mo〇3薄膜阳极修饰层上的厚度100nm 的Ag阳极层组成的反向聚合物太阳能电池。
[0064] 该具有二组分光活性层的反向聚合物太阳能电池的制备方法是：
[0065]除"第三步"之外，其他步骤工艺均同实施例1。此具有二组分光活性层的反向聚合 物太阳能电池制备方法的"在阴极修饰层上沉积二组分光活性层"的操作步骤如下:按照二 组分薄膜的质量配比为P3HT: PC61BM= 12:9.6，配制12mg/ml的P3HT、9.6mg/ml的PC61BM的溶 剂为1，2-邻二氯苯的混合溶液，在1000转/分钟的速度下，将上述配制的混合溶液旋涂到第 二步沉积的阴极修饰层上，旋涂时间为60秒钟，形成的二组分薄膜的厚度为80nm，之后在大 气条件下放置200~1200秒；
[0066] 由此，最终制得上述反向聚合物太阳能电池，是一种具有二组分光活性层的反向 聚合物太阳能电池。
[0067] 设:实施例1所制得的本发明的反向聚合物太阳能电池为器件A，对比实施例1所制 得的二组分反向聚合物太阳能电池为器件B。器件的光电流曲线在AM 1.5G的太阳光源模拟 器照射下(强度为l〇〇mW/Cm2)，由Keithley 2400数字电源测到。
[0068] 图2中，空心圆圈点曲线为器件A的光电流曲线，实心方块点曲线为器件B的光电流 曲线。
[0069]从图2可以得到器件A的光伏性能参数:开路电压为0.53伏，短路电流为8.05毫安 每平方厘米，填充因子为0.549，能量转换效率为2.34%，；器件B的光伏性能参数:开路电压 为0.55伏，短路电流为7.24毫安每平方厘米，填充因子为0.432，能量转换效率为1.72 %。可 以看出，本发明的η型掺杂光活性层的能量转换效率比已有的二组分光活性层高0.36倍，且 填充因子也有所提高。
[0070] 实施例2
[0071] 制备结构为厚度 100nm 的 ΙΤ0/厚度 5nm 的 PEIE/厚度 120nm 的 PTB7-Th:PC7iBM:PyB = 10:15:1/厚度10nm的M0O3/厚度100nm的Ag的反向聚合物太阳能电池。
[0072] 该反向聚合物太阳能电池是由玻璃衬底上的一层厚度100nm的ΙΤ0阴极层、一层沉 积在ΙΤ0阴极层上的厚度5nm的PEIE薄膜阴极修饰层、一层沉积在PEIE薄膜阴极修饰层上的 厚度120nm的？了87-111 :?〇7181:?78薄膜11型掺杂光活性层、一层沉积在?了87-111:?〇7181 :?78 薄膜η型掺杂光活性层上的厚度10nm的Mo〇3薄膜阳极修饰层和一层沉积在Mo〇3薄膜阳极修 饰层上的厚度l〇〇nm的Ag阳极层组成的反向聚合物太阳能电池。
[0073] 本实施例的ΙΤ0阳极衬底是由南玻公司生产的。
[0074] 上述反向聚合物太阳能电池的制备方法，其步骤如下：
[0075] 第一步，衬底上的ΙΤ0阴极层的处理
[0076] 同实施例1;
[0077] 第二步，在阴极层上沉积阴极修饰层 [0078]同实施例1;
[0079]第三步，在阴极修饰层上沉积η型掺杂光活性层
[0080] 按照三组分薄膜的质量配比为PTB7-Th: PC7iBM: PyB = 10 :15 :1，配制10mg/ml的 PTB7-Th、15mg/ml的PC71BM和lmg/ml的PyB的溶剂为1，2_邻二氯苯的混合溶液，在1000转/分 钟的速度下，将上述配制的混合溶液旋涂到第二步沉积的阴极修饰层上，旋涂时间为60秒 钟，形成的三组分薄膜的厚度为120nm;
[0081 ]第四步，在η型掺杂光活性层上沉积阳极修饰层 [0082]同实施例1;
[0083]第五步，在阳极修饰层上沉积阳极层 [0084] 同实施例1;
[0085]由此，最终制得上述一种环保的有机光伏元件，是一种具有η型掺杂光活性层的反 向聚合物太阳能电池。
[0086] 实施例3
[0087] 制备结构为厚度 10nm的Ag/厚度5nm的ΡΕΙΕ/厚度 120nm的PTB7-Th: IEIC: LCV= 10: 15:0.1/厚度10nm的M0O3/厚度100nm的Ag的反向聚合物太阳能电池。
[0088] 该反向聚合物太阳能电池是由玻璃衬底上的一层厚度10nm的Ag阴极层、一层沉积 在ΙΤ0阴极层上的厚度5nm的PEIE薄膜阴极修饰层、一层沉积在PEIE薄膜阴极修饰层上的厚 度120nm的PTB7-Th: IEIC: LCV薄膜η型掺杂光活性层、一层沉积在PTB7-Th: IEIC: LCV薄膜η 型掺杂光活性层上的厚度l〇nm的Μο〇3薄膜阳极修饰层和一层沉积在Μο〇3薄膜阳极修饰层上 的厚度1 〇〇nm的Ag阳极层组成的反向聚合物太阳能电池。
[0089]本实施例所用的沉积有一层厚度10nm的Ag薄膜阴极层的玻璃衬底是通过商购获 得的。
[0090]上述反向聚合物太阳能电池的制备方法，其步骤如下：
[0091 ]第一步，衬底上的Ag薄膜阴极层的处理
[0092]以大小为4 X 4cm2的沉积有一层厚度10nm的Ag薄膜阴极层玻璃作为衬底，将该衬 底先在盛有丙酮的超声波清洗器中清洗两次、再在盛有乙醇的超声波清洗器中清洗两次， 最后在盛有去离子水的超声波清洗器中清洗两次，每次10分钟；
[0093]第二步，在阴极层上沉积阴极修饰层 [0094]同实施例1;
[0095]第三步，在阴极修饰层上沉积η型掺杂光活性层
[0096] 按照三组分薄膜的质量配比为PTB7-Th: IEIC: LCV= 10:15:0 · 1，配制10mg/ml的 PTB7-Th、15mg/ml的PC71BM和0.1mg/ml的LCV的溶剂为1，2_邻二氯苯的混合溶液，在1000转/ 分钟的速度下，将上述配制的混合溶液旋涂到第二步沉积的阴极修饰层上，旋涂时间为60 秒钟，形成的三组分薄膜的厚度为120nm;
[0097]第四步，在η型掺杂光活性层上沉积阳极修饰层 [0098]同实施例1;
[0099] 第五步，在阳极修饰层上沉积阳极层
[0100] 同实施例1;
[0101] 由此，最终制得上述一种环保的有机光伏元件，是一种具有η型掺杂光活性层的反 向聚合物太阳能电池。
[0102] 实施例4
[0103] 制备结构为厚度 10nm 的 Au/厚度 5nm 的 ΡΕΙΕ/厚度 120nm 的 PTB7-Th:IEIC:LCV=12: 10:1/厚度l〇nm的M0O3/厚度100nm的Ag的反向聚合物太阳能电池。
[0104] 该反向聚合物太阳能电池是由玻璃衬底上的一层厚度10nm的Au阴极层、一层沉积 在ΙΤ0阴极层上的厚度5nm的PEIE薄膜阴极修饰层、一层沉积在PEIE薄膜阴极修饰层上的厚 度120nm的PTB7-Th: IEIC: LCV薄膜η型掺杂光活性层、一层沉积在PTB7-Th: IEIC: LCV薄膜η 型掺杂光活性层上的厚度l〇nm的Μο〇3薄膜阳极修饰层和一层沉积在Μο〇3薄膜阳极修饰层上 的厚度1 〇〇nm的Ag阳极层组成的反向聚合物太阳能电池。
[0105]本实施例所用的沉积有一层厚度l〇nm的Au薄膜阴极层的玻璃衬底是通过商购获 得的。
[0106] 上述反向聚合物太阳能电池的制备方法，其步骤如下：
[0107] 第一步，衬底上的Au薄膜阴极层的处理
[0108]以大小为4X4cm2的沉积有一层厚度10nm的Au薄膜阴极层玻璃作为衬底，将该衬 底先在盛有丙酮的超声波清洗器中清洗两次、再在盛有乙醇的超声波清洗器中清洗两次， 最后在盛有去离子水的超声波清洗器中清洗两次，每次10分钟；
[0109] 第二步，在阴极层上沉积阴极修饰层
[0110] 同实施例1;
[0111] 第三步，在阴极修饰层上沉积η型掺杂光活性层
[0112] 按照三组分薄膜的质量配比为？了87-111:此1(：丄(^=10:15:1，配制1〇11^/1111的 PTB7-Th、15mg/ml的PC71BM和lmg/ml的LCV的溶剂为1，2_邻二氯苯的混合溶液，在1000转/分 钟的速度下，将上述配制的混合溶液旋涂到第二步沉积的阴极修饰层上，旋涂时间为60秒 钟，形成的三组分薄膜的厚度为120nm;
[0113] 第四步，在η型掺杂光活性层上沉积阳极修饰层
[0114] 同实施例1;
[0115] 第五步，在阳极修饰层上沉积阳极层
[0116] 同实施例1;
[0117] 由此，最终制得上述一种环保的有机光伏元件，是一种具有η型掺杂光活性层的反 向聚合物太阳能电池。
[0118] 本发明未尽事宜为公知技术。
【主权项】
1. 一种环保的有机光伏元件，其特征为该光伏元件由玻璃衬底上的一层阴极层、一层 沉积在阴极层上的阴极修饰层、一层沉积在阴极修饰层上的η型掺杂光活性层、一层沉积在 η型掺杂光活性层上的阳极修饰层和一层沉积在阳极修饰层上的阳极层组成； 所述阴极层的材料是导电氧化铟锡薄膜或贵金属薄膜； 所述沉积在阴极层上的阴极修饰层的材料是乙氧基化的聚乙烯亚胺； 所述沉积在阴极修饰层上的η型掺杂光活性层的材料是以下三组分薄膜中的任意一 种：Ι.由聚（3-己基噻吩）、[6.6]-苯基-C61-丁酸甲酯和隐性结晶紫组成的η型掺杂薄膜，其 质量配比为聚（3-己基噻吩）：[6.6 ]-苯基-C61-丁酸甲酯：隐性结晶紫=12:9.6:0.1~12: 9.6:1;或者，Π ·由聚[[2,6'-4,8_二（5-乙基己基噻吩基）苯并[l，2-b;3,3-b]二噻吩][3-氟代-2 [ (2-乙基己基)羰基]噻吩并[3，4-b]噻吩二基]]、[6.6]-苯基-C71-丁酸甲酯和派咯 宁B组成的三组分薄膜，其质量配比为聚[[2,6'-4,8-二(5-乙基己基噻吩基）苯并[1，2-13; 3,3-13]二噻吩][3-氟代-2[(2-乙基己基)羰基]噻吩并[3,4-13]噻吩二基]] :[6.6]-苯基-C7i-丁酸甲酯:派咯宁B= 10:15:0.1~10:15:1;或者，III.由聚[[2,6'-4,8_二(5-乙基己基 噻吩基)苯并[I，2-b; 3，3-b ]二噻吩][3-氟代-2 [ (2-乙基己基)羰基]噻吩并[3，4-b ]噻吩二 基]]、非富勒烯受体IDT衍生物和隐性结晶紫组成的三组分薄膜，其质量配比为聚[[2,6'_ 4,8_二(5-乙基己基噻吩基)苯并[l，2-b;3,3-b]二噻吩][3-氟代_2[(2_乙基己基)羰基]噻 吩并[3，4-b]噻吩二基]]:非富勒烯受体IDT衍生物:隐性结晶紫=10:15:0.1~10:15:1; 所述沉积在η型掺杂光活性层上的阳极修饰层的材料是三氧化钼； 所述沉积在阳极修饰层上的阳极层材料是银。2. 如权利要求1所述的环保的有机光伏元件，其特征为所述的氧化铟锡导电薄膜的面 电阻小于10欧姆/每4 X 4cm2方块，其厚度为IOOnm; 所述的贵金属是金或银，其薄膜的厚度为lOnm。3. 如权利要求1所述的环保的有机光伏元件，其特征为所述的阴极修饰层的厚度为 5nm〇4. 如权利要求1所述的环保的有机光伏元件，其特征为所述的η型掺杂光活性层，当为 第I种时，其厚度为80nm;当为第Π中或第111种时，厚度为12〇11111 〇5. 如权利要求1所述的环保的有机光伏元件，其特征为所述的阳极修饰层的厚度为 IOnm06. 如权利要求1所述的环保的有机光伏元件，其特征为所述的阳极层的厚度为100nm。7. 如权利要求1所述的环保的有机光伏元件的制备方法，其特征为包括如下步骤： 第一步，衬底上的阴极层的处理 把阴极层覆盖在玻璃衬底上，得到阴极衬底，将该阴极衬底裁成4X4cm2的小块，先在盛 有丙酮的超声波清洗器中清洗，再在盛有乙醇的超声波清洗器中清洗，最后在盛有去离子 水的超声波清洗器中清洗，该阴极层是厚度为IOOnm和面电阻小于10欧姆/每4X4cm 2方块 的氧化铟锡导电薄膜、或厚度为IOnm的金薄膜、或厚度为IOnm的银薄膜； 第二步，在阴极层上沉积阴极修饰层 将第一步处理过的阴极衬底用氮气吹干;在5000转/分钟的速度下，将PEIE溶液旋涂到 阴极衬底上，旋涂时间为60秒钟，形成的PEIE薄膜的厚度为5nm，之后在大气条件下放置200 秒;PEIE溶液为质量百分浓度0.1 %，溶剂为2-甲氧基乙醇； 第三步，在阴极修饰层上沉积η型掺杂光活性层 选用以下工艺中的任意一种： I.按照三组分薄膜的质量配比为Ρ3ΗΤ:PC61BM:LCV= 12:9.6:0.1~1，配制含有12mg/ml 的P3HT、9 · 6mg/ml的PC61BM和O · 1~lmg/ml的LCV的混合溶液，其中，混合溶液的溶剂为1，2-邻二氯苯的;在1000转/分钟的速度下，将上述配制的混合溶液旋涂到第二步沉积的阴极修 饰层上，旋涂时间为60秒钟，形成的三组分薄膜的厚度为80nm，之后在大气条件下放置200 ~1200秒； 或者，Π ·按照三组分薄膜的质量配比为PTB7-Th: PCtiBM: PyB = 10:15:0.1~1，配制含 有I Omg/ml的PTB7_Th、15mg/ml的PC71BM和0 · 1~lmg/ml的PyB的混合溶液，其中，混合溶液的 溶剂为1，2_邻二氯苯的;在1000转/分钟的速度下，将上述配制的混合溶液旋涂到第二步沉 积的阴极修饰层上，旋涂时间为60秒钟，形成的三组分薄膜的厚度为120nm; 或者，ΙΠ .按照三组分薄膜的质量配比为PTB7-Th: IEIC: LCV= 10:15:0.1~1，配制含有 I Omg/ml的PTB7_Th、15mg/ml的PC71BM和0 · 1~lmg/ml的LCV的混合溶液，其中，混合溶液的溶 剂为1，2_邻二氯苯的；在1000转/分钟的速度下，将上述配制的混合溶液旋涂到第二步沉积 的阴极修饰层上，旋涂时间为60秒钟，形成η型掺杂光活性层，其厚度为120nm; 第四步，在η型掺杂光活性层上沉积阳极修饰层 将第三步制得的沉积了η型掺杂活性层的中间产品放入真空镀膜机中，真空镀膜机抽 到背景真空度为4 XHT4Pa,采用热蒸发方式，在第三步沉积的η型掺杂光活性层上再沉积 Μο〇3作为阳极修饰层，厚度为IOnm; 第五步，在阳极修饰层上沉积阳极层 在真空镀膜机中，真空镀膜机抽到背景真空度为4Xl(T4Pa，采用热蒸发方式，在第四步 沉积的阳极修饰层上沉积Ag薄膜作为阳极层，厚度lOOnm，沉积速率为0. 2 A/s，将此最终产 品从在真空镀膜机中取出，制得上述一种环保的有机光伏元件。
【文档编号】H01L51/42GK105932160SQ201610402270
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】秦大山
【申请人】河北工业大学