专利名称：一种柔性聚合物太阳能电池的制备方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及ー种柔性聚合物太阳能电池的制备方法。
背景技术：
柔性聚合物薄膜太 阳能电池具有重量轻，成本低，制备エ艺简单，易弯曲等优点，因此基于柔性基底的聚合物薄膜太阳能电池可以广泛的应用于衣服，帐篷，柔性充电器以及各种柔性基底上。性能优良的柔性电极是实现高效柔性聚合物太阳能电池的基础。目前最常用的电极是铟硒氧化物(ITO)电极，该电极具有较高的透过率和低的电阻率，基于ITO玻璃电极的聚合物太阳能电池能量转换效率已经超过8% (NatureMaterials 2011，10，296)。但是ITO并不是理想的柔性电极。首先，由于它较脆的性质，导致其受カ弯曲时面电阻増大；其次，由于铟元素稀有，使得ITO的制备成本逐年増加；再次，多数ITO电极要在高基底温度下采用溅射方法制备，所以很难与塑料柔性基底兼容。目前，文献报道的柔性聚合物太阳能电池主要是制备于聚对苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)柔性基底上，该基底在150°C以上会发生严重形变，不利于柔性器件的制备。
发明内容
本发明为了解决现有技术中柔性聚合物太阳能电池的制备方法中，基底在150°C以上会发生严重形变，不利于柔性器件制备的技术问题，提供ー种超薄、高效、实用的，柔性聚合物薄膜太阳能电池的制备方法。本发明的柔性聚合物薄膜太阳能电池的制备方法的技术方案具体如下一种柔性聚合物薄膜太阳能电池的制备方法，包括以下步骤步骤i、在具有光滑表面的平面基板上制备的柔性基底；步骤ii、在带有柔性基底的基板与条状掩模板上，蒸发得到无铟透明导电阳极层；所述柔性基底的材料为玻璃化转变温度大于等于150摄氏度的透明塑料材料；步骤iii、在所述无铟透明导电阳极层上形成光敏层；步骤iv、在所述光敏层上方蒸发得到阴极修饰层和阴极层；步骤V、将带有无铟透明导电阳极层，光敏层，阴极修饰层，及阴极层的柔性基底从基板上剥离下来。上述技术方案中，在步骤ii中，在蒸发得到无铟透明导电阳极层之前，还要先蒸发ー层附着力及光学修饰层。上述技术方案中，所述附着力及光学修饰层的厚度为10-100纳米。上述技术方案中，所述附着力及光学修饰层为ー种、两种或三种透明金属氧化物的混合。上述技术方案中，两种透明金属氧化物混合时，每ー种透明金属氧化物的混合比例为 10-90% ；
三种透明金属氧化物混合时，每ー种透明金属氧化物的混合比例为10-80%。上述技术方案中，所述透明金属氧化物包括SiO2, Al2O3，和Ta205。上述技术方案中，所述步骤ii中，无铟透明导电阳极为介质/金属/介质结构的多层透明导电薄膜。上述技术方案中，所述多层透明导电薄膜的结构为W03/Ag/W03或Mo03/Ag/Mo03或Ta205/Ag/Ta205 或 Sb203/Ag/Sb203。上述技术方案中，在步骤i中，所述基板为玻璃，石英或者硅片。上述技术方案中，在步骤ii中，所述柔性基底为聚酰亚胺(PI)或聚萘ニ甲酸こニ醇酯(PEN)。
上述技术方案中，在步骤i中，所述柔性基底的厚度为1-300微米。上述技术方案中，在步骤ii中，所述无铟透明导电阳极层的厚度为50-200纳米。上述技术方案中，在步骤ii中，所述光敏层的厚度为80-150纳米。上述技术方案中，在步骤iv中，所述阴极修饰层的厚度为0. 5-2纳米。上述技术方案中，在步骤iv中，所述阴极层的厚度为20-100纳米。本发明的柔性聚合物太阳能电池的制备方法具有以下的有益效果图2是实施例I所采用的基于PI基底的柔性导电薄膜Si02/WAW (SWAW)和对比例I所采用的ITO电极以及对比例II所采用的基于玻璃基底的导电薄膜SWAW的透过率的对比。从图2中可以看出基于PI基底的柔性导电薄膜SWAW比ITO电极及基于玻璃基底的导电薄膜SWAW在400-750纳米波长范围内具有更高的透过率，主要是由于超薄的PI基底大大提高了光的透过率，这将更有利于聚合物太阳能电池的光敏层对光的吸收，从而有利于聚合物太阳能电池能量转换效率的提高。表I是对比例I和实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10所采用的透明导电阳极的性能參数，包括载流子浓度、霍尔迁移率、电阻率、面电阻和可见光区(350-700纳米)平均透过率。从表中可也看出，实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10较对比例I所采用的ITO电极具有更低的面电阻，这将有利于降低柔性聚合物太阳能电池的串联电阻，提高电池的能量转换效率。另外，实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10所采用的透明导电阳极具有与ITO相当或者更高的可见光透过率，这也为光敏层对太阳光的有效吸收提供了有利条件。图3是对比例I、II和实施例I在100毫瓦/平方厘米的AMI. 5G模拟太阳光下测试的电流密度-电压特性曲线。表2是在100毫瓦/平方厘米的AMI. 5G模拟太阳光条件下对比例I、II JII和实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10的性能參数对比。基于IT0/PED0T基底的对比例I与基于SWAW基底的对比例II的器件性能相近，说明SWAW可以代替ITO作为聚合物太阳能电池的阳极，是很好的阳极材料。实施例I与对比例I、II相比，具有一致的开路电压0. 70V，但是受柔性基底PI在350-400纳米波长范围透过率较低的影响，实施例I的短路电流密度(13. 27毫安/平方厘米)较两对比例(14. 07和14.66毫安/平方厘米)略低，由此使实施例I的能量转换效率(5. 47%)也较两对比例(6. 11%和6. 05%)略低。但是光滑的PI基底使得沉积在其上的SWAW电极具有较小的表面粗糙度，因此实施例I的填充因子与基于玻璃基底的对比例II相同。实施例4、5、6、7、8、9、10与对比例III具有相同的开路电压(0. 90V)，由于PEN基底在可见光区较好的透过率，使得实施例4、6、7、8、9、10所采用的透明导电阳极具有较ITO更高的可见光透过率，由此使得实施例4、6、7、8、9、10较对比例III具有更高的短路电流密度和能量转换效率。由此可见，采用无铟且性能优异的多层透明阳极制备的柔性聚合物太阳能电池可以实现与传统的基于ITO玻璃基底的聚合物太阳能电池相当甚至更高的能量转换效率。
图I是应用本发明的柔性聚合物太阳能电池的制备方法制备的太阳能电池器件结构示意图。图2是实施例I所采用的基于PI基底的柔性导电薄膜SWAW (曲线c)和对比例I所采用的ITO电极(曲线a)以及对比例II所采用的基于玻璃基底的导电薄膜SWAW(曲线b)的透过率的对比。图3是对比例I、II和实施例I在100毫瓦/平方厘米的AMI. 5G模拟太阳光下测试的电流密度-电压特性曲线。图3中的曲线a是对比例I的电流密度-电压特性曲线，曲线b是对比例II的电流密度-电压特性曲线，曲线c是实施例I的电流密度-电压特性曲线。
具体实施例方式本发明的发明思想为提供的ー种超薄、高效、实用的柔性聚合物薄膜太阳能电池的制备方法，其所涉及的柔性聚合物太阳能电池结构如图I所示基板I的材料为玻璃，石英，硅片等具有光滑表面的平面基板；
柔性基底2的材料为聚酰亚胺(PI )，聚萘ニ甲酸こニ醇酯(PEN)等具玻璃化转变温度大于等于150度的透明塑料材料，厚度为1-300微米；附着力及光学修饰层3的材料为SiO2, Al2O3, Ta2O5等透明金属氧化物中的ー种、两种或三种的混合物，两种混合比例为10-90%，三种混合时每种材料的混合比例为10-80%，三种比例总和为100%，厚度为10-100纳米；无铟透明导电阳极层4的材料为具有高透过率和高电导率的W03/Ag/WO3 (WAff)，Mo03/Ag/Mo03 (MAM)，Ta205/Ag/Ta205 (TAT)，Sb203/Ag/Sb203 (SAS)等结构为介质 / 金属/介质(DMD)的多层透明导电薄膜，厚度为50-200纳米；光敏层5，为共轭聚合物和富勒烯衍生物[6，6]-苯基071-丁酸甲脂？07( 1的共混物；所述的共轭聚合物为新型窄带隙共轭聚合物PBDTTT-C (J. AM. CHEM.S0C. 2009，131，15586 - 15587)或 PCDTBT (Nat. Photonics 2009，3，297-303)作为光吸收和电子给体材料，PC70BM作为电子受体材料，PC70BM的质量占共混物总质量的60%，混合溶液浓度为15-25毫克/毫升，厚度为80-150纳米；阴极修饰层6的材料为LiF，厚度为0. 5-2纳米；阴极7，其材料为金属铝，银，钙中ー种或两种组合，厚度为20-100纳米。本发明的柔性聚合物薄膜太阳能电池的制备方法的エ艺步骤和条件如下一种柔性聚合物薄膜太阳能电池的制备方法，包括以下步骤步骤I)、在具有光滑表面的平面基板上制备的柔性基底；步骤2)、在带有柔性基底的基板与条状掩模板上，蒸发得到无铟透明导电阳极层；所述柔性基底的材料为玻璃化转变温度大于等于150摄氏度的透明塑料材料；
步骤3)、在所述无铟透明导电阳极层上形成光敏层；步骤4)、在所述光敏层上方蒸发得到阴极修饰层和阴极层；步骤5)、将带有无铟透明导电阳极层，光敏层，阴极修饰层，及阴极层的柔性基底从基板上剥尚下来。具体的说I)将基板I清洗干净并烘干后，在其上制备1-300微米的柔性基底2 ；2)将带有柔性基底2的基板I与条状掩模板一起放入真空镀膜设备中抽真空，当真空度为2X10_3-3X10_4帕斯卡时，设置基底温度为20-60°C，依次蒸发10-100纳米的附着力及光学修饰层3和50-200纳米的无铟透明导电阳极层4，蒸发速率为0. 05-2纳米/ 秒；上述的真空镀膜设备包括电子束真空镀膜机，电阻热蒸发真空镀膜机；3)将上述镀有无铟透明电极的基板转移至手套箱中，并将其放置在旋涂机托架上，把搅拌好的PBDTTT-C PC70BM或PCDTBT PC70BM的混合溶液均匀滴在透明导电基板上，调节旋涂机转速700-2000转每分钟，旋涂I分钟后得到80-150纳米厚的光敏层5 ；上述的搅拌均匀的PBDTTT-C PC70BM或PCDTBT PC70BM混合溶液的制备方法如下以ニ氯苯为溶剤，浓度为15-25毫克/毫升，PC70BM的质量占总质量的60%，在60摄氏度加热搅拌3小时，停止加热，继续搅拌12小时；4)将步骤3)得到的制品放入真空镀膜机中抽真空，当真空度达4X 10_4帕斯卡时蒸发I纳米厚的阴极修饰层5，再蒸发20-100纳米厚的阴极层6 ；5)用镊子将带有无铟透明导电阳极层4，光敏层5，阴极修饰层6，及阴极层7的柔性基底2从基板I上剥离下来，形成超薄的柔性聚合物薄膜太阳能电池。之后测试。为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一歩详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。对比例I :I)将刻蚀好的细条状ITO导电玻璃清洗干净并烘干，放置在旋涂机的托架上，通过0. 45微米的过滤头，将聚噻吩衍生物聚(3，4-こ烯基ニ氧噻吩)(PEDOT)掺杂聚苯こ烯磺酸(PSS)均匀涂满整个片子，通过调节旋涂机旋转速度2500转每分钟，使PEDOT =PSS在ITO的表面上形成ー层30纳米厚的薄膜，放入120°C的烘箱内加热30分钟；2)将步骤I)烘好的带有PEDOT =PSS的ITO基底转移至手套箱中，并将其放置在旋涂机托架上，把搅拌好的PBDTTT-C PC70BM的混合溶液均匀滴在透明导电玻璃基板上，调节旋涂机转速1300转每分钟，旋涂I分钟后得到90纳米厚的光敏层；上述的搅拌均匀的PBDTTT-C PC70BM混合溶液的制备方法如下以ニ氯苯为溶齐U，浓度为25毫克/毫升，PC70BM的质量占总质量的60%，在60摄氏度加热搅拌3小时，停止加热，继续搅拌12小吋；4)将步骤3)得到的制品放入热蒸发真空镀膜机中抽真空，当真空度达4X 10_4帕斯卡时蒸发I纳米厚的LiF,再蒸发100纳米厚的金属Al。对比例II
I)将清洗干净的玻璃基板与条状掩模板一起放入电子束镀膜机中抽真空，当真空度达I. 2X 10_3帕斯卡时设置基底温度45°C，蒸发100纳米厚SiO2作为附着力及光学修饰层，然后依次蒸发35纳米厚W03，10纳米厚的银及35纳米厚WO3,形成80纳米的无铟透明导电阳WAW ；2)将镀有SWAW透明电极的基板转移至手套箱中，并将其放置在旋涂机托架上，把搅拌好的PBDTTT-C =PC70BM的混合溶液均匀滴在透明导电玻璃基板上，调节旋涂机转速1300转每分钟，旋涂I分钟后得到90纳米厚的光敏层；上述的搅拌均匀的PBDTTT-C =PC70BM混合溶液的制备方法如下以二氯苯为溶剂，浓度为25毫克/毫升，PC7tlBM的质量占总质量的60%，在60摄氏度加热搅拌3小时，停止加热，继续搅拌12小时；3)将步骤2)得到的制品放入热蒸发真空镀膜机中抽真空，当真空度达4X 10_4帕斯卡时蒸发I纳米厚的LiF,再蒸发100纳米厚的金属Al。
对比例III:I)将刻蚀好的细条状ITO导电玻璃清洗干净并烘干，放置在旋涂机的托架上，通过O. 45微米的过滤头，将PEDOT =PSS均匀涂满整个片子，通过调节旋涂机旋转速度2500转每分钟，使PEDOT :PSS在ITO的表面上形成一层30纳米厚的薄膜，放入120°C的烘箱内加热30分钟；2)将步骤I)烘好的带有PEDOT =PSS的ITO基底转移至手套箱中，并将其放置在旋涂机托架上，把搅拌好的PCDTBT =PC70BM的混合溶液均匀滴在透明导电玻璃基板上，调节旋涂机转速1000转每分钟，旋涂I分钟后得到100纳米厚的光敏层；上述的搅拌均匀的P⑶TBT =PC70BM混合溶液的制备方法如下以二氯苯为溶剂，浓度为20毫克/毫升，PC70BM的质量占总质量的60%，在60摄氏度加热搅拌3小时，停止加热，继续搅拌12小时；4)将步骤3)得到的制品放入热蒸发真空镀膜机中抽真空，当真空度达4X 10_4帕斯卡时蒸发I纳米厚的LiF,再蒸发100纳米厚的金属Al。实施例I :I)将玻璃基板清洗干净并烘干后置于60°C的热台上，将O. 2毫升PI溶液均匀滴在玻璃基板上，60°C加热I. 5小时后，将热台升温至200°C，继续加热30分钟后形成5微米厚的PI层，取下冷却；2)将涂有PI的玻璃基板与条状掩模板一起放入电子束镀膜机中抽真空，当真空度达I. 2X 10_3帕斯卡时，设置基底温度45°C，蒸发100纳米厚SiO2作为附着力及光学修饰层，蒸发速率为I. 2纳米/秒，然后依次蒸发35纳米厚W03，10纳米厚的银及35纳米厚WO3,形成80纳米的无铟透明导电阳WAW，WO3和Ag的蒸发速率分别为O. 06和2纳米/秒；3)将镀有SWAW透明电极的基板转移至手套箱中，并将其放置在旋涂机托架上，把搅拌好的PBDTTT-C =PC70BM的混合溶液均匀滴在透明导电玻璃基板上，调节旋涂机转速1300转每分钟，旋涂I分钟后得到90纳米厚的光敏层；上述的搅拌均匀的PBDTTT-C =PC70BM混合溶液的制备方法如下以二氯苯为溶剂，浓度为25毫克/毫升，PC7tlBM的质量占总质量的60%，在60摄氏度加热搅拌3小时，停止加热，继续搅拌12小时；
4)将步骤3)得到的制品放入热蒸发真空镀膜机中抽真空，当真空度达4X 10_4帕斯卡时蒸发I纳米厚的LiF,再蒸发100纳米厚的金属Al ；5)用镊子将带有附着力及光学修饰层SiO2，无铟导电阳极层WAW，光敏层PBDTTT-C =PC70BM, LiF和Al的PI基底从玻璃基板上剥离下来，形成超薄的柔性聚合物薄膜太阳能电池。实施例2 I)将石英基板清洗干净并烘干后置于60°C的热台上，将O. I毫升PI溶液均匀滴在玻璃基板上，60°C加热I小时后，将热台升温至200°C，继续加热30分钟后形成I微米厚的PI层，取下冷却；2)将涂有PI的石英基板与条状掩模板一起放入电子束镀膜机中抽真空，当真空度达I. 2 X 10_3帕斯卡时，设置基底温度20°C，蒸发50纳米Al2O3作为附着力及光学修饰层， 蒸发速率为I纳米/秒，然后依次蒸发20纳米厚MoO3,10纳米厚的银及20纳米厚MoO3,形成50纳米厚的无铟透明导电阳MAM，MoO3和Ag的蒸发速率分别为O. 05和2纳米/秒；3)将镀有A1203/MAM透明电极的基板转移至手套箱中，并将其放置在旋涂机托架上，把搅拌好的PBDTTT-C =PC70BM的混合溶液均匀滴在透明导电玻璃基板上，调节旋涂机转速700转每分钟，旋涂I分钟后得到150纳米厚的光敏层；上述的搅拌均匀的PBDTTT-C =PC70BM混合溶液的制备方法如下以二氯苯为溶剂，浓度为25毫克/毫升，PC7tlBM的质量占总质量的60%，在60摄氏度加热搅拌3小时，停止加热，继续搅拌12小时；4)将步骤3)得到的制品放入真空镀膜机中抽真空，当真空度达4X 10_4帕斯卡时蒸发I纳米厚的LiF，再蒸发20纳米Ca和50纳米厚的金属Al作为阴极；5)用镊子将带有附着力及光学修饰层Al2O3，无铟导电阳极层MAM，光敏层PBDTTT-C =PC70BM, LiF和Al的PI基底从石英基板上剥离下来，形成超薄的柔性聚合物薄膜太阳能电池。实施例3 I)将硅片基板清洗干净并烘干后置于60°C的热台上，将3毫升PI溶液均匀滴在玻璃基板上，60°C加热3小时后，将热台升温至200°C，继续加热30分钟后形成100微米厚的PI层，取下冷却；2)将涂有PI的硅片基板与条状掩模板一起放入电子束镀膜机中抽真空，当真空度达I. 2X10_3帕斯卡时，设置基底温度60°C，蒸发10纳米Ta2O5作为附着力及光学修饰层，蒸发速率为O. 05纳米/秒，然后依次蒸发45纳米厚Sb2O5,10纳米厚的银及45纳米厚Sb2O5，形成100纳米厚的无铟透明导电阳SAS ；3)将镀有Ta205/SAS透明电极的基板转移至手套箱中，并将其放置在旋涂机托架上，把搅拌好的PBDTTT-C =PC70BM的混合溶液均匀滴在透明导电玻璃基板上，调节旋涂机转速1000转每分钟，旋涂I分钟后得到100纳米厚的光敏层；上述的搅拌均匀的PBDTTT-C =PC70BM混合溶液的制备方法如下以二氯苯为溶剂，浓度为25毫克/毫升，PC7tlBM的质量占总质量的60%，在60摄氏度加热搅拌3小时，停止加热，继续搅拌12小时；4)将步骤3)得到的制品放入真空镀膜机中抽真空，当真空度达4X 10_4帕斯卡时蒸发I纳米厚的LiF,再蒸发100纳米厚的金属Ag ；5)用镊子将带有附着力及光学修饰层Ta2O5，无铟导电阳极层SAS，光敏层PBDTTT-C =PC70BM, LiF和Al的PI基底从硅片基板上剥离下来，形成超薄的柔性聚合物薄膜太阳能电池。实施例4 I)将基板I清洗干净并烘干后粘上一层双面胶，然后将与基板I相同大小的100微米厚的PEN平整贴于带有双面胶的基板I表面，形成柔性基底；2)将粘有PEN的玻璃基板与条状掩模板一起放入热蒸发真空镀膜机中抽真空，当真空度达4X 10_3帕斯卡时，设置基底温度20°C，采用共蒸发方法制备20纳米SiO2和Al2O3混合物作为附着力及光学修饰层，其中SiO2比例为90%，蒸发速率为O. 05纳米/秒，然后依次蒸发30纳米厚MoO3,10纳米厚的银及30纳米厚MoO3，形成70纳米厚的无铟透明导电阳MAM, MoO3和Ag的蒸发速率分别为O. 05和I. 5纳米/秒； 3)将镀有SiO2 A1203/MAM透明电极的基板转移至手套箱中，并将其放置在旋涂机托架上，把搅拌好的PCDTBT =PC70BM的混合溶液均匀滴在透明导电玻璃基板上，调节旋涂机转速1000转每分钟，旋涂I分钟后得到100纳米厚的光敏层；上述的搅拌均匀的P⑶TBT =PC70BM混合溶液的制备方法如下以二氯苯为溶剂，浓度为20毫克/毫升，PC70BM的质量占总质量的60%，在60摄氏度加热搅拌3小时，停止加热，继续搅拌12小时；4)将步骤3)得到的制品放入热蒸发真空镀膜机中抽真空，当真空度达4X 10_4帕斯卡时蒸发I纳米厚的LiF,再蒸发100纳米厚的金属Al ；5)用镊子将带有附着力及光学修饰层SiO2 =Al2O3，无铟导电阳极层MAM，光敏层P⑶TBT =PC70BM, LiF和Al的PEN基底从玻璃基板上剥离下来，形成超薄的柔性聚合物薄膜太阳能电池。实施例5 I)将基板I清洗干净并烘干后粘上一层双面胶，然后将与基板I相同大小的200微米厚的PEN平整贴于带有双面胶的基板I表面，形成柔性基底；2)将粘有PEN的玻璃基板与条状掩模板一起放入热蒸发真空镀膜机中抽真空，当真空度达3 X 10_3帕斯卡时，设置基底温度20°C，采用共蒸发方法制备30纳米SiO2和Ta2O5混合物作为附着力及光学修饰层，其中SiO2比例为50%，蒸发速率为O. 05纳米/秒，然后依次蒸发95纳米厚Sb2O3,10纳米厚的银及95纳米厚Sb2O3，形成200纳米厚的无铟透明导电阳SAS，Sb2O3和Ag的蒸发速率分别为O. 05和I. 8纳米/秒；3)将镀有SiO2 Ta205/SAS透明电极的基板转移至手套箱中，并将其放置在旋涂机托架上，把搅拌好的PCDTBT =PC70BM的混合溶液均匀滴在透明导电玻璃基板上，调节旋涂机转速1200转每分钟，旋涂I分钟后得到80纳米厚的光敏层；上述的搅拌均匀的P⑶TBT =PC70BM混合溶液的制备方法如下以二氯苯为溶剂，浓度为15毫克/毫升，PC70BM的质量占总质量的60%，在60摄氏度加热搅拌3小时，停止加热，继续搅拌12小时；4)将步骤3)得到的制品放入热蒸发真空镀膜机中抽真空，当真空度达4X 10_4帕斯卡时蒸发O. 5纳米厚的LiF,再蒸发100纳米厚的金属Al ；
5)用镊子将带有附着力及光学修饰层SiO2 =Ta2O5，无铟导电阳极层SAS，光敏层P⑶TBT =PC70BM, LiF和Al的PEN基底从玻璃基板上剥离下来，形成超薄的柔性聚合物薄膜太阳能电池。实施例6:I)将基板I清洗干净并烘干后粘上一层双面胶，然后将与基板I相同大小的300微米厚的PEN平整贴于带有双面胶的基板I表面，形成柔性基底；2)将粘有PEN的玻璃基板与条状掩模板一起放入热蒸发真空镀膜机中抽真空，当真空度达3 X 10_3帕斯卡时，设置基底温度20°C，采用共蒸发方法制备50纳米Al2O3和Ta2O5混合物作为附着力及光学修饰层，其中Ta2O5比例为10%，蒸发速率为O. 08纳米/秒，然后依次蒸发45纳米厚Ta2O5,10纳米厚的银及45纳米厚Ta2O5,形成100纳米厚的无铟透明导电阳TAT，Ta2O5和Ag的蒸发速率分别为O. 08和2纳米/秒； 3)将镀有Al2O3 :Ta205/TAT透明电极的基板转移至手套箱中，并将其放置在旋涂机托架上，把搅拌好的PCDTBT =PC70BM的混合溶液均匀滴在透明导电玻璃基板上，调节旋涂机转速2000转每分钟，旋涂I分钟后得到90纳米厚的光敏层；上述的搅拌均匀的P⑶TBT =PC70BM混合溶液的制备方法如下以二氯苯为溶剂，浓度为25毫克/毫升，PC70BM的质量占总质量的60%，在60摄氏度加热搅拌3小时，停止加热，继续搅拌12小时；4)将步骤3)得到的制品放入热蒸发真空镀膜机中抽真空，当真空度达4X 10_4帕斯卡时蒸发2纳米厚的LiF,再蒸发100纳米厚的金属Al ；5)用镊子将带有附着力及光学修饰层Al2O3 :Ta205，无铟导电阳极层TAT，光敏层P⑶TBT =PC70BM, LiF和Al的PEN基底从玻璃基板上剥离下来，形成超薄的柔性聚合物薄膜太阳能电池。实施例7:I)将基板I清洗干净并烘干后粘上一层双面胶，然后将与基板I相同大小的300微米厚的PEN平整贴于带有双面胶的基板I表面，形成柔性基底；2)将粘有PEN的玻璃基板与条状掩模板一起放入热蒸发真空镀膜机中抽真空，当真空度达3X 10_3帕斯卡时，设置基底温度20°C，采用共蒸发方法制备50纳米Si02、Al2O3和Ta2O5混合物作为附着力及光学修饰层，其中Si02、Al2O3和Ta2O5的比例分别为10%、10%和80%，蒸发速率为O. 08纳米/秒，然后依次蒸发45纳米厚Ta2O5,10纳米厚的银及45纳米厚Ta2O5，形成100纳米厚的无铟透明导电阳TAT，Ta2O5和Ag的蒸发速率分别为O. 08和2纳米/秒；3)将镀有SiO2 =Al2O3 Ta205/TAT透明电极的基板转移至手套箱中，并将其放置在旋涂机托架上，把搅拌好的PCDTBT =PC70BM的混合溶液均匀滴在透明导电玻璃基板上，调节旋涂机转速2000转每分钟，旋涂I分钟后得到90纳米厚的光敏层；上述的搅拌均匀的P⑶TBT =PC70BM混合溶液的制备方法如下以二氯苯为溶剂，浓度为25毫克/毫升，PC70BM的质量占总质量的60%，在60摄氏度加热搅拌3小时，停止加热，继续搅拌12小时；4)将步骤3)得到的制品放入热蒸发真空镀膜机中抽真空，当真空度达4X 10_4帕斯卡时蒸发I纳米厚的LiF,再蒸发100纳米厚的金属Al ；
5)用镊子将带有附着力及光学修饰层SiO2 =Al2O3 =Ta2O5，无铟导电阳极层TAT，光敏层P⑶TBT =PC70BM, LiF和Al的PEN基底从玻璃基板上剥离下来，形成超薄的柔性聚合物薄膜太阳能电池。实施例8:I)将基板I清洗干净并烘干后粘上一层双面胶，然后将与基板I相同大小的300微米厚的PEN平整贴于带有双面胶的基板I表面，形 成柔性基底；2)将粘有PEN的玻璃基板与条状掩模板一起放入热蒸发真空镀膜机中抽真空，当真空度达3X 10_3帕斯卡时，设置基底温度20°C，采用共蒸发方法制备50纳米Si02、Al2O3和Ta2O5混合物作为附着力及光学修饰层，其中Si02、Al2O3和Ta2O5的比例分别为20%、50%和30%，蒸发速率为O. 08纳米/秒，然后依次蒸发45纳米厚Ta2O5,10纳米厚的银及45纳米厚Ta2O5，形成100纳米厚的无铟透明导电阳TAT，Ta2O5和Ag的蒸发速率分别为O. 08和2纳米/秒；3)将镀有SiO2 =Al2O3 Ta205/TAT透明电极的基板转移至手套箱中，并将其放置在旋涂机托架上，把搅拌好的PCDTBT =PC70BM的混合溶液均匀滴在透明导电玻璃基板上，调节旋涂机转速2000转每分钟，旋涂I分钟后得到90纳米厚的光敏层；上述的搅拌均匀的P⑶TBT =PC70BM混合溶液的制备方法如下以二氯苯为溶剂，浓度为25毫克/毫升，PC70BM的质量占总质量的60%，在60摄氏度加热搅拌3小时，停止加热，继续搅拌12小时；4)将步骤3)得到的制品放入热蒸发真空镀膜机中抽真空，当真空度达4X 10_4帕斯卡时蒸发I纳米厚的LiF,再蒸发100纳米厚的金属Al ；5)用镊子将带有附着力及光学修饰层SiO2 =Al2O3 =Ta2O5，无铟导电阳极层TAT，光敏层P⑶TBT =PC70BM, LiF和Al的PEN基底从玻璃基板上剥离下来，形成超薄的柔性聚合物薄膜太阳能电池。实施例9:I)将基板I清洗干净并烘干后粘上一层双面胶，然后将与基板I相同大小的300微米厚的PEN平整贴于带有双面胶的基板I表面，形成柔性基底；2)将粘有PEN的玻璃基板与条状掩模板一起放入热蒸发真空镀膜机中抽真空，当真空度达3X 10_3帕斯卡时，设置基底温度20°C，采用共蒸发方法制备50纳米Si02、Al2O3和Ta2O5混合物作为附着力及光学修饰层，其中Si02、Al2O3和Ta2O5的比例分别为80%、10%和10%，蒸发速率为O. 08纳米/秒，然后依次蒸发45纳米厚Ta2O5,10纳米厚的银及45纳米厚Ta2O5，形成100纳米厚的无铟透明导电阳TAT，Ta2O5和Ag的蒸发速率分别为O. 08和2纳米/秒；3)将镀有SiO2 =Al2O3 Ta205/TAT透明电极的基板转移至手套箱中，并将其放置在旋涂机托架上，把搅拌好的PCDTBT =PC70BM的混合溶液均匀滴在透明导电玻璃基板上，调节旋涂机转速2000转每分钟，旋涂I分钟后得到90纳米厚的光敏层；上述的搅拌均匀的P⑶TBT =PC70BM混合溶液的制备方法如下以二氯苯为溶剂，浓度为25毫克/毫升，PC70BM的质量占总质量的60%，在60摄氏度加热搅拌3小时，停止加热，继续搅拌12小时；4)将步骤3)得到的制品放入热蒸发真空镀膜机中抽真空，当真空度达4X 10_4帕斯卡时蒸发I纳米厚的LiF,再蒸发100纳米厚的金属Al ；5)用镊子将带有附着力及光学修饰层SiO2 =Al2O3 =Ta2O5，无铟导电阳极层TAT，光敏层P⑶TBT =PC70BM, LiF和Al的PEN基底从玻璃基板上剥离下来，形成超薄的柔性聚合物薄膜太阳能电池。实施例10 I)将基板I清洗干净并烘干后粘上一层双面胶，然后将与基板I相同大小的300微米厚的PEN平整贴于带有双面胶的基板I表面，形成柔性基底；2)将粘有PEN的玻璃基板与条状掩模板一起放入热蒸发真空镀膜机中抽真空，当真空度达3X 10_3帕斯卡时，设置基底温度20°C，采用共蒸发方法制备50纳米Si02、Al2O3和Ta2O5混合物作为附着力及光学修饰层，其中Si02、Al2O3和Ta2O5的比例分别为10%、80%和10%，蒸发速率为O. 08纳米/秒，然后依次蒸发45纳米厚Ta2O5,10纳米厚的银及45纳 米厚Ta2O5，形成100纳米厚的无铟透明导电阳TAT，Ta2O5和Ag的蒸发速率分别为O. 08和2纳米/秒；3)将镀有SiO2 =Al2O3 Ta205/TAT透明电极的基板转移至手套箱中，并将其放置在旋涂机托架上，把搅拌好的PCDTBT =PC70BM的混合溶液均匀滴在透明导电玻璃基板上，调节旋涂机转速2000转每分钟，旋涂I分钟后得到90纳米厚的光敏层；上述的搅拌均匀的P⑶TBT =PC70BM混合溶液的制备方法如下以二氯苯为溶剂，浓度为25毫克/毫升，PC70BM的质量占总质量的60%，在60摄氏度加热搅拌3小时，停止加热，继续搅拌12小时；4)将步骤3)得到的制品放入热蒸发真空镀膜机中抽真空，当真空度达4X 10_4帕斯卡时蒸发I纳米厚的LiF,再蒸发100纳米厚的金属Al ；5)用镊子将带有附着力及光学修饰层SiO2 =Al2O3 =Ta2O5，无铟导电阳极层TAT，光敏层P⑶TBT =PC70BM, LiF和Al的PEN基底从玻璃基板上剥离下来，形成超薄的柔性聚合物薄膜太阳能电池。通过以上多个实施例和对比例可以了解到图2是实施例I所采用的基于PI基底的柔性导电薄膜Si02/WAW (SWAW)和对比例I所采用的ITO电极以及对比例II所采用的基于玻璃基底的导电薄膜SWAW的透过率的对t匕。从图中可以看出基于PI基底的柔性导电薄膜SWAW比ITO电极及基于玻璃基底的导电薄膜SWAW在400-750纳米波长范围内具有更高的透过率，主要是由于超薄的PI基底大大提高了光的透过率，这将更有利于聚合物太阳能电池的光敏层对光的吸收，从而有利于聚合物太阳能电池能量转换效率的提高。另外一方面，下面所示的表I是对比例I和实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10所采用的透明导电阳极的性能参数。表2是在100毫瓦/平方厘米的AMI. 5G模拟太阳光条件下对比例I、II、111和实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10的性能参数对比。表I
权利要求
1.一种柔性聚合物薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤i、在具有光滑表面的平面基板上制备的柔性基底； 步骤ii、在带有柔性基底的基板与条状掩模板上，蒸发得到无铟透明导电阳极层；所述柔性基底的材料为玻璃化转变温度大于等于150摄氏度的透明塑料材料； 步骤iii、在所述无铟透明导电阳极层上形成光敏层； 步骤iv、在所述光敏层上方蒸发得到阴极修饰层和阴极层； 步骤V、将带有无铟透明导电阳极层，光敏层，阴极修饰层，及阴极层的柔性基底从基板上剥离下来。
2.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，在步骤ii中，在蒸发得到无铟透明导电阳极层之前，还要先蒸发ー层附着力及光学修饰层。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述附着力及光学修饰层的厚度为10-100 纳米。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述附着力及光学修饰层为ー种、两种或三种透明金属氧化物的混合。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在干， 两种透明金属氧化物混合时，每ー种透明金属氧化物的混合比例为10-90% ； 三种透明金属氧化物混合时，每ー种透明金属氧化物的混合比例为10-80%。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在干，所述透明金属氧化物包括SiO2,Al2O3,和 Ta205。
7.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，所述步骤ii中，无铟透明导电阳极为介质/金属/介质结构的多层透明导电薄膜。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述多层透明导电薄膜的结构为ff03/Ag/ff03 或 Mo03/Ag/Mo03 或 Ta205/Ag/Ta205 或 Sb203/Ag/Sb203。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤i中，所述基板为玻璃，石英或者硅片。
10.根据权利要求1-8任意一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤ii中，所述柔性基底为聚酰亚胺(PI)或聚萘ニ甲酸こニ醇酯(PEN)。
11.根据权利要求1-8任意一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤i中，所述柔性基底的厚度为1-300微米。
12.根据权利要求1-8任意一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤ii中，所述无铟透明导电阳极层的厚度为50-200纳米。
13.根据权利要求1-8任意一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤ii中，所述光敏层的厚度为80-150纳米。
14.根据权利要求1-8任意一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤iv中，所述阴极修饰层的厚度为0. 5-2纳米。
15.根据权利要求1-8任意一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤iv中，所述阴极层的厚度为20-100纳米。
全文摘要
本发明提供一种柔性聚合物薄膜太阳能电池的制备方法。通过采用具有较高玻璃化转变温度的塑料作为柔性透明基底，无铟且具有高透过率、低面电阻的多层透明导薄膜代替ITO作为阳极，以高效的光伏材料作为光敏层，在光滑平面基板上制备聚合物太阳能电池，通过将带有聚合物太阳能电池的柔性基底从光滑平面基板上剥离的方法，得到超薄且高效的柔性聚合物太阳能电池。该方法不仅大大降低了柔性聚合物太阳能电池的重量和成本，同时给柔性太阳能电池的加工提供了一种新的方法，有利于实现高能量转换效率的柔性聚合物太阳能电池。
文档编号H01L51/48GK102779945SQ201210250228
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月19日 优先权日2012年7月19日
发明者刘星元, 郭晓阳 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所