一种聚合物太阳能电池及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种聚合物太阳能电池及其制备方法，所述聚合物太阳能电池包括依次层叠的阳极基底、空穴缓冲层、活性层、电子传输层、电子缓冲层和阴极，所述电子传输层的材质为醋酸盐，所述醋酸盐为醋酸锌、醋酸钙、醋酸钠或醋酸镁，所述电子传输层为纳米网状结构，所述纳米网孔径为100nm～150nm。本发明由醋酸盐与偶氮类物质混合制备电子传输层，偶氮类物质发生分解，使电子传输层形成纳米网状结构，增加电子传输层与活性层间的接触面积，同时醋酸盐均匀析出为纳米颗粒，从而提高电子传输效率及电池的光电转换效率，制备方法简单易行，适于工业应用。
【专利说明】一种聚合物太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种聚合物太阳能电池及其制备方法。【背景技术】
[0002]1982年，Weinberger等研究了聚乙炔的光伏性质，制造出了第一个具有真正意义上的太阳能电池，但是其光电转换效率极低(10_3%)。紧接着，Glenis等制作了各种聚噻吩的太阳能电池，也面临电池的开路电压极低和光电转换效率低的问题。直到1986年，C.ff.Tang等首次将P型半导体和η型半导体引入双层结构的器件中，使光电流得到极大程度的提高，以此为里程碑，有机聚合物太阳能电池蓬勃发展起来。
[0003]聚合物太阳能电池的基本原理是利用光入射到半导体的异质结或金属半导体界面附近产生的光生伏打效应，该效应是光激发产生的电子空穴对即激子被各种因素引起的静电势能分离产生电动势的现象，当光入射到光敏材料时，光敏材料被激发产生电子和空穴对，在太阳能电池内建电场的作用下分离和传输，然后被各自的电极收集，电子向阴极移动，空穴向阳极移动，形成电流。
[0004]目前，聚合物太阳能电池的转换效率较低，为提高能量转换效率，电池材料的改进及器件结构的优化是两个主要途径，包括在电极和有机层之间增加缓冲层，可以降低光生激子在有机层与电极界面处的淬灭率，使光生激子充分分离为电子和空穴，并提高各自的传输速率，从而提高电荷在电极处的收集效率，使聚合物太阳能电池的光电转换效率得到改善。其中，电子缓冲层一般采用蒸镀的方法制备，厚度较薄，通常小于lnm，而蒸镀速率以微秒计算，工艺上若控制过度，使厚度过大，会导致电子缓冲层的阻抗增加，电子传输受阻，而工艺上若控制不够，厚度过薄，则几乎无法形成薄膜，电子缓冲层存在大面积的电子缺陷，起不到阻挡作用，电子传输效率也会降低，即电子缓冲层的制备工艺控制难度大，是造成器件的转化效率低的原因之一。
【发明内容】
[0005]为解决上述问题，本发明旨在提供一种聚合物太阳能电池及其制备方法。本发明的聚合物太阳能电池包含材质为醋酸盐的电子传输层，将醋酸盐与偶氮类物质的混合溶液旋涂后干燥，干燥中偶氮类物质发生分解，得到具有纳米网状结构的电子传输层，该电子传输层与活性层之间的有效接触面积增加，可提高电子传输效率，同时醋酸盐为η型材料，电子传输效率高，而其纳米颗粒粒径较大，对光有反射作用，可提高活性层的吸光效率及电池的光电转换效率。
[0006]第一方面，本发明提供一种聚合物太阳能电池，包括依次层叠的阳极基底、空穴缓冲层、活性层、电子传输层、电子缓冲层和阴极，所述电子传输层的材质为醋酸盐，所述醋酸盐为醋酸锌、醋酸钙、醋酸钠或醋酸镁，所述电子传输层为纳米网状结构，所述纳米网状结构的孔径为IOOnm?150nm。
[0007]所述聚合物太阳能电池中，电子传输层的材质为醋酸盐，将醋酸盐与偶氮类物质的混合溶液旋涂后干燥，干燥时，偶氮类物质发生分解，同时醋酸盐析出，使得到的电子传输层具有纳米网状结构，可增加电子传输层与活性层之间的有效接触面积，提高电子传输效率，同时电子传输层中的醋酸盐为分散均匀的纳米颗粒，粒径较大，对光有反射作用，从而提高活性层的吸光效率及电池的光电转换效率。
[0008]所述醋酸盐为电子传输材料即金属氧化物形成的盐，所述醋酸盐的粒径为5nm?20nmo
[0009]优选地，所述阳极基底为带有阳极功能层的玻璃，为铟锡氧化物玻璃(ΙΤ0)、掺氟氧化锡玻璃(FT0)、掺铝的氧化锌玻璃(AZO)或掺铟的氧化锌玻璃(ΙΖ0)。阳极基底为市场上购买的，规格统一，阳极功能层厚度为80?250nm。
[0010]优选地，所述空穴缓冲层的材质是聚3，4- 二氧乙烯噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物。
[0011]优选地，所述PEDOT =PSS的重量比为2:1?6:1。更优选地，所述PEDOT =PSS的重量比为6:1。
[0012]优选地，所述的活性层的材质为聚3-己基噻吩(P3HT)与PCBM的混合物。P3HT为聚3-己基噻吩，是常用的空穴传输材料，PCBM为(6，6)-苯基-C61-丁酸甲酯，分子式为C72H14O2，为C60的衍生物，是常用的电子传输材料。
[0013]优选地，所述聚3-己基噻吩(P3HT):PCBM的重量比为1:0.5?1:3。更优选地，所述聚3-己基噻吩(P3HT) =PCBM的重量比为1:0.8。
[0014]优选地，所述活性层的厚度为8(T300nm。更优选地，所述活性层的厚度为200nm。
[0015]优选地，所述电子缓冲层的材质为氟化锂(LiF)、碳酸锂(Li2CO3)或碳酸铯(Cs2CO3X更优选地，所述电子缓冲层的材质为Cs2C03。
[0016]优选地，所述电子缓冲层的厚度为0.5?10nm。更优选地，所述电子缓冲层的厚度为5nm。
[0017]优选地，所述阴极为铝(Al)、银(Ag)、金(Au)或钼(Pt)。更优选地，所述阴极为铝(Al)。
[0018]优选地，所述阴极的厚度为8(T200nm。更优选地，所述阴极厚度为150nm。
[0019]第二方面，本发明提供一种聚合物太阳能电池的制备方法，包括以下步骤:
[0020]取清洗干净后的阳极基底，进行预处理后在阳极基底上旋涂制备空穴缓冲层；
[0021]在空穴缓冲层上旋涂制备活性层；
[0022]然后在活性层上制备电子传输层，具体操作为:将醋酸盐加入水中溶解后得到醋酸盐溶液，然后将偶氮类物质与醋酸盐溶液混合，得到混合溶液，在活性层上旋涂所述混合溶液，然后在100?200°C干燥10?70min，制备得到电子传输层；所述偶氮类物质为偶氮二异丁脒盐酸盐(AIBA)、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐(AIBI)或偶氮异丁氰基甲酰胺(V30)；所述醋酸盐为醋酸锌、醋酸钙、醋酸钠或醋酸镁；所述电子传输层具有纳米网状结构，纳米网状结构的孔径为IOOnm?150nm ；
[0023]在电子传输层上依次蒸镀制备电子缓冲层和阴极，得到聚合物太阳能电池。
[0024]所述电子传输层的材质为醋酸盐，以上制备过程中，混合溶液的溶质为醋酸盐和偶氮类物质，偶氮类物质的分解温度低，在干燥过程中发生分解，同时醋酸盐以结晶颗粒的形式析出，从而使干燥后得到的电子传输层形成纳米网状结构，可增加电子传输层与活性层之间的有效接触面积，提高电子传输效率，同时析出的醋酸盐为分散均匀的纳米颗粒，粒径较大，对光有反射作用，可提高活性层的吸光效率及电池的光电转换效率。
[0025]所述醋酸盐为电子传输材料即金属氧化物形成的盐，电子传输层中醋酸盐颗粒的粒径为5nm?20nm。
[0026]优选地，所述醋酸盐溶液的质量分数为9%?38%。
[0027]所述的偶氮类物质为具有低分解温度的水溶性偶氮类物质，为偶氮二异丁脒盐酸盐(AIBA)、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐(AIBI)或偶氮异丁氰基甲酰胺(V30)。优选地，所述偶氮类物质与醋酸盐溶液的重量比为(0.01?0.3):1。
[0028]优选地，所述旋涂混合溶液时的转速为500?6000rpm，时间为5?60s。
[0029]优选地，所述电子传输层的厚度为40?lOOnm。
[0030]优选地，所述阳极基底为带有阳极功能层的玻璃，为铟锡氧化物玻璃(IT0)、掺氟氧化锡玻璃(FT0)、掺铝的氧化锌玻璃(AZO)或掺铟的氧化锌玻璃(IZ0)。阳极基底为市场上购买的，规格统一，阳极功能层厚度为80?250nm。
[0031]所述清洗是依次用洗洁精，去离子水，丙酮，乙醇，异丙醇各超声15min，去除阳极基底表面的有机污染物。所述预处理包括进行氧等离子处理，处理时间为5?15min，功率为10?50W。
[0032]优选地，所述空穴缓冲层的材质是聚3，4- 二氧乙烯噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的混合物。
[0033]优选地，所述PEDOT =PSS的重量比为2:1?6:1。更优选地，所述PEDOT =PSS的重量比为6:1。
[0034]所述旋涂制备空穴缓冲层操作具体为:将聚3，4- 二氧乙烯噻吩(PEDOT)和聚苯磺酸盐(PSS)加入水中，得到聚3，4-二氧乙烯噻吩(PEDOT)和聚苯磺酸盐(PSS)的水溶液，然后在阳极基底上旋涂所述水溶液，旋涂后在100?200°C下加热15?60min，得到空穴缓冲层。
[0035]优选地，所述水溶液中，聚3，4-二氧乙烯噻吩(PEDOT)的质量分数为1%?5%。更优选地，所述水溶液中，聚3，4- 二氧乙烯噻吩(PEDOT)的质量分数为1.3%。
[0036]优选地，所述旋涂时的转速为2000?6000rpm，时间为10?30s。
[0037]更优选地，所述旋涂后在200°C下加热30min。
[0038]优选地，所述空穴缓冲层的厚度为20?80nm。更优选地，所述空穴缓冲层的厚度为 40nm。
[0039]优选地，所述活性层的材质为聚3-己基噻吩(P3HT)与PCBM的混合物。
[0040]优选地，所述聚3-己基噻吩(P3HT):PCBM的重量比为1:0.5?1:3。更优选地，所述聚3-己基噻吩(P3HT) =PCBM的重量比为1:0.8。
[0041]优选地，所述活性层的厚度为8(T300nm。更优选地，所述活性层的厚度为200nm。
[0042]优选地，所述旋涂制备活性层的具体操作为:将聚3-己基噻吩(P3HT)与PCBM加入溶剂中溶解，得到聚3-己基噻吩(P3HT)与PCBM的溶液，于惰性气氛中在空穴缓冲层上旋涂所述溶液，旋涂后在70?200°C下退火5?IOOmin，得到活性层。
[0043]优选地，所述溶剂为甲苯、二甲苯、氯苯或氯仿。
[0044]优选地，所述聚3-己基噻吩(P3HT)与PCBM的溶液的质量浓度为8?24mg/ml。聚3-己基噻吩(P3HT)与PCBM的溶液的质量浓度为聚3-己基噻吩(P3HT)与PCBM的质量之和与溶剂的体积之比。更优选地，所述聚3-己基噻吩(P3HT)与PCBM的溶液的质量浓度为 12mg/ml。
[0045]优选地，所述旋涂时的速率为4000?6000rpm，时间为10?30s。
[0046]优选地，所述旋涂后在100°C下退火5min。
[0047]优选地，所述电子缓冲层的材质为氟化锂(LiF)、碳酸锂(Li2CO3)或碳酸铯(Cs2CO3X更优选地，所述电子缓冲层的材质为Cs2C03。
[0048]优选地，所述电子缓冲层的厚度为0.5?10nm。更优选地，所述电子缓冲层的厚度为5nm。
[0049]优选地，所述蒸镀制备电子缓冲层采用真空蒸镀，真空度为5X10_3Pa?2X10_5Pa，蒸发速率为0.1?lnm/so
[0050]优选地，所述阴极为铝(Al)、银(Ag)、金(Au)或钼(Pt)。更优选地，所述阴极为铝(Al)。
[0051]优选地，所述阴极的厚度为8(T200nm。更优选地,所述阴极厚度为150nm。
[0052]优选地，所述蒸镀制备阴极采用真空蒸镀，真空度为5X10_3Pa?2X10_5Pa，蒸发速率为I?10nm/s。
[0053]本发明在活性层与电子缓冲层之间制备电子传输层，将醋酸盐与偶氮类物质的混合溶液旋涂后干燥，干燥时，氮类物质发生分解，同时醋酸盐结晶颗粒析出，得到电子传输层。一方面，偶氮类物质在干燥过程中发生分解反应，使电子传输层形成纳米网状结构，可增加电子传输层与活性层之间的有效接触面积，从而提高电子传输效率。另一方面，醋酸盐是η型材料，有利于电子的传输，传统的聚合物太阳能电池不包含电子传输层，本发明增加材质为醋酸盐的电子传输层后，可提高电子的传输速率。再者，在干燥过程中，偶氮类物质可有效阻止醋酸盐颗粒的团聚，使电子传输层中的醋酸盐颗粒分散均匀，有利于传输的一致性及传输速率的提高。而且，醋酸盐颗粒粒径较大，对光有强烈的反射作用，可提高活性层的吸光效率，从而提高电池的光电转换效率。
[0054]本发明提供一种聚合物太阳能电池及其制备方法，有如下有益效果:
[0055](I)本发明将醋酸盐与偶氮类物质的混合溶液旋涂后干燥，得到电子传输层，偶氮类物质在干燥过程中发生分解反应，使电子传输层形成纳米网状结构，可增加电子传输层与活性层之间的有效接触面积，提闻电子传输效率，从而提闻光电转换效率；
[0056](2 )本发明聚合物太阳能电池中的电子传输层的材质为醋酸盐，醋酸盐为η型材料，电子传输效率高，而其颗粒粒径较大且分散均匀，对穿过活性层的太阳光具有散射和反射作用，可提高活性层的吸光效率及电池的光电转换效率；
[0057]( 3 )本发明的聚合物太阳能电池具有较高的光电转换效率，制备方法简单易行，适于工业应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0058]图1为本发明的聚合物太阳能电池的结构图，包括依次层叠的阳极基底1、空穴缓冲层2、活性层3、电子传输层4、电子缓冲层5和阴极6。
[0059]图2为效果实施例中实施例一制备的聚合物太阳能电池及常见聚合物太阳能电 池的电流密度-电压曲线，分别对应曲线I和曲线2。
【具体实施方式】
[0060]以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
[0061]实施例一
[0062]一种聚合物太阳能电池，制备方法包括以下步骤:
[0063](I)先将ITO玻璃(ΙΤ0功能层的厚度为180nm)进行光刻处理，按尺寸2 X 2cm剪裁，光照面积为0.3X0.3cm2,依次用洗洁精,去离子水,丙酮，乙醇,异丙醇各超声15min,去除玻璃表面的有机污染物；清洗干净后对ITO玻璃进行氧等离子处理，处理时间为lOmin，功率为20W ；
[0064]将PEDOT与PSS按重量比为6:1加入水中溶解，配置PEDOT的质量分数为1.3%的PEDOT与PSS的水溶液，然后在ITO玻璃上以4000rpm的速率旋涂所得溶液，旋涂时间为15s，在200°C下加热30min，制备得到空穴缓冲层，厚度为40nm ；
[0065](2)将重量比为1:0.8的P3HT与PCBM溶解于氯苯，配置质量浓度为12mg/ml的P3HT与PCBM的溶液，于充满惰性气体的手套箱中，在空穴缓冲层上以5500rpm的速率旋涂所得溶液，旋涂时间为20s，旋涂后在100°C下退火5min，制备得到活性层，厚度为200nm ；
[0066](3)将20g醋酸锌(Zn(Ac)2)加入IOOg水中溶液，配置质量分数为16.67%的醋酸锌溶液，将AIBA与醋酸锌溶液按照重量比0.2:1混合，得到混合溶液，然后在活性层上以4000rpm的速率旋涂所述混合溶液，时间为15s，旋涂后在100°C干燥30min，制备得到电子传输层，厚度为60nm ；
[0067](4)最后采用高真空镀膜设备(沈阳科学仪器研制中心有限公司，压强〈I X 10_3Pa)真空蒸镀Cs2CO3，得到电子缓冲层，蒸镀压力为5 X 10_4Pa，蒸镀速率为0.2nm/s，厚度为5nm ；然后真空蒸镀Al，得到阴极，蒸镀压力为5X10_4Pa，蒸镀速率为2nm/s，厚度为150nm，得到聚合物太阳能电池。
[0068]其中，制备得到电子传输层后，用型号为CX-200TM的扫描电子显微镜设备观察该层的三维显微组织形貌，可以观察到电子传输层具有纳米网状结构，纳米网状结构的孔径为IOOnm?120nm,电子传输层中醋酸锌颗粒的粒径为5nm?20nm,且分布较均勻。即当不采用加入偶氮类物质并使其分解的方法时，所得的电子传输层为醋酸锌紧密堆积的平面层状结构，而本发明通过加入偶氮类物质并使其分解的方法，使电子传输层呈现三维立体笼状纳米网状结构，可增加电子传输层与活性层之间的接触面积，且醋酸锌析出为粒径较为均匀的颗粒。
[0069]本实施例制备的聚合物太阳能电池，包括依次层叠的阳极基底1、空穴缓冲层2、活性层3、电子传输层4、电子缓冲层5和阴极6，结构具体为:ITO/(PEDOT:PSS)/(P3HT:PCBM)/Zn(Ac)2/Cs2C03/A1，如图1 所示。
[0070]制备用于对比的常见聚合物太阳能电池，结构可简要表示为:ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/LiF/Al，依次对应阳极基底、空穴缓冲层、活性层、电子缓冲层和阴极，与实施例1的聚合物太阳能电池比较，只少了电子传输层，其他各层的组成、厚度及制备方法均一致，为常见结构的聚合物太阳能电池，简称对比电池。
[0071]实施例二
[0072]一种聚合物太阳能电池，制备方法包括以下步骤:
[0073](1)先将IZO玻璃(IZO功能层的厚度为250nm)进行光刻处理，按尺寸2 X 2cm剪裁，光照面积为0.3X0.3cm2,依次用洗洁精,去离子水,丙酮，乙醇,异丙醇各超声15min,去除玻璃表面的有机污染物；清洗干净后对IZO玻璃进行氧等离子处理，处理时间为15min，功率为1OW ；
[0074]将PEDOT与PSS按重量比为2:1加入水中溶解，配置PEDOT的质量分数为5%的PEDOT与PSS的水溶液，然后在IZO玻璃上以2000rpm的速率旋涂所得溶液，旋涂时间为10s，在200°C下加热15min，制备得到空穴缓冲层，厚度为80nm ；
[0075](2)将重量比为1:0.5的P3HT与PCBM溶解于氯仿，配置质量浓度为24mg/ml的P3HT与PCBM的溶液，于充满惰性气体的手套箱中，在空穴缓冲层上以6000rpm的速率旋涂所得溶液，旋涂时间为10s，旋涂后在100°C下退火20min，制备得到活性层，厚度为160nm ；
[0076](3)将60g醋酸钠(NaAc)加入100g水中溶解，配置质量分数为37.5%的醋酸钠溶液，将AIBI与醋酸钠溶液按照0.3:1的重量比混合，得到混合溶液，然后在活性层上以500rpm的速率旋涂所述混合溶液，时间为60s，旋涂后在200°C干燥70min，制备得到电子传输层，厚度为40nm ；
[0077](4)最后采用高真空镀膜设备(沈阳科学仪器研制中心有限公司，压强〈I X 10_3Pa)真空蒸镀LiF，得到电子缓冲层，蒸镀压力为5 X 10?,蒸镀速率为0.lnm/s,厚度为0.5nm ；然后真空蒸镀Ag，得到阴极，蒸镀压力为2X10_5Pa，蒸镀速率为lOnm/s，厚度为80nm，得到聚合物太阳能电池。
[0078]其中，制备得到电子传输层后，用型号为CX-200TM的扫描电子显微镜设备观察该层的三维显微组织形貌，可以观察到电子传输层具有纳米网状结构，纳米网状结构的孔径为120nm~130nm，电子传输层中醋酸锌颗粒的粒径为5nm~20nm，且分布较均匀。
[0079]本实施例制备的聚合物太阳能电池，包括依次层叠的阳极基底、空穴缓冲层、活性层、电子传输层、电子缓冲层和阴极，结构具体为:IZO/ (PEDOT: PSS) / (P3HT: PCBM) /NaAc/LiF/Ag0
[0080]实施例三
[0081]一种聚合物太阳能电池，制备方法包括以下步骤:
[0082](I)先将FTO玻璃(FT0功能层的厚度为80nm)进行光刻处理，按尺寸2X2cm剪裁，光照面积为0.3X0.3cm2,依次用洗洁精,去离子水,丙酮，乙醇,异丙醇各超声15min,去除玻璃表面的有机污染物；清洗干净后对FTO玻璃进行氧等离子处理，处理时间为5min，功率为50W ；
[0083]将PEDOT与PSS按重量比为5:1加入水中溶解，配置PEDOT的质量分数为1%的PEDOT与PSS的水溶液，然后在FTO玻璃上以6000rpm的速率旋涂所得溶液，旋涂时间为30s，在100°C下加热60min，制备得到空穴缓冲层，厚度为20nm ;
[0084](2)将重量比为1:3的P3HT与PCBM溶解于二甲苯，配置质量浓度为16mg/ml的P3HT与PCBM的溶液，于充满惰性气体的手套箱中，在空穴缓冲层上以4000rpm的速率旋涂所得溶液，旋涂时间为30s，旋涂后在200°C下退火lOOmin，制备得到活性层，厚度为SOnm ；[0085](3)将IOg醋酸钙(Ca(Ac)2)加入IOOg水中溶解，配置质量分数为9.09%的醋酸钙溶液，将V30与醋酸钙溶液按照0.01:1的重量比混合，得到混合溶液，然后在活性层上以6000rpm的速率旋涂所述混合溶液，时间为5s，旋涂后在100°C干燥lOmin，制备得到电子传输层，厚度为IOOnm ；
[0086](4)最后采用高真空镀膜设备(沈阳科学仪器研制中心有限公司，压强〈I X 10_3Pa)真空蒸镀Cs2CO3，得到电子缓冲层，蒸镀压力为2X10_5Pa，蒸镀速率为lnm/s，厚度为IOnm ；然后真空蒸镀Au，得到阴极，蒸镀压力为2X10_5Pa，蒸镀速率为lnm/s，厚度为180nm，得到聚合物太阳能电池。
[0087]其中，制备得到电子传输层后，用型号为CX-200TM的扫描电子显微镜设备观察该层的三维显微组织形貌，可以观察到电子传输层具有纳米网状结构，纳米网状结构的孔径为125nm?140nm,电子传输层中醋酸锌颗粒的粒径为5nm?20nm,且分布较均勻。
[0088]本实施例制备的聚合物太阳能电池，包括依次层叠的阳极基底、空穴缓冲层、活性层、电子传输层、电子缓冲层和阴极，结构具体为:FT0/ (PEDOT:PSS) / (P3HT: PCBM) /Ca (Ac)2/Cs2C03/Au。
[0089]实施例四
[0090]一种聚合物太阳能电池，制备方法包括以下步骤:
[0091](I)先将ITO玻璃(ITO功能层的厚度为IOOnm)进行光刻处理，按尺寸2 X 2cm剪裁，光照面积为0.3X0.3cm2,依次用洗洁精,去离子水,丙酮，乙醇,异丙醇各超声15min,去除玻璃表面的有机污染物；清洗干净后对ITO玻璃进行氧等离子处理，处理时间为lOmin，功率为30W ；
[0092]将PEDOT与PSS按重量比为3:1加入水中溶解，配置PEDOT的质量分数为2%的PEDOT与PSS的水溶液，然后在ITO玻璃上以3000rpm的速率旋涂所得溶液，旋涂时间为12s，在150°C下加热40min，制备得到空穴缓冲层，厚度为70nm ;
[0093](2)将重量比为1:1的P3HT与PCBM溶解于甲苯，配置质量浓度为8mg/ml的P3HT与PCBM的溶液，于充满惰性气体的手套箱中，在空穴缓冲层上以4000rpm的速率旋涂所得溶液，旋涂时间为15s，旋涂后在70°C下退火lOOmin，制备得到活性层，厚度为300nm ；
[0094](3)将45g醋酸镁(Mg(Ac)2)加入IOOg水中溶解，配置质量分数为31.03%的醋酸镁溶液，将AIBA与醋酸镁溶液按照0.2:1的重量比混合，得到混合溶液，然后在活性层上以3000rpm的速率旋涂所述混合溶液，时间为15s，旋涂后在200°C干燥30min，制备得到电子传输层，厚度为50nm ；
[0095](4)最后采用高真空镀膜设备(沈阳科学仪器研制中心有限公司，压强〈I X 10_3Pa)真空蒸镀Cs2CO3,得到电子缓冲层，蒸镀压力为9X 10_5Pa，蒸镀速率为0.5nm/s,厚度为
1.5nm ;然后真空蒸镀Pt，得到阴极，蒸镀压力为9X 10_5Pa，蒸镀速率为5nm/s，厚度为200nm,得到聚合物太阳能电池。
[0096]其中，制备得到电子传输层后，用型号为CX-200TM的扫描电子显微镜设备观察该层的三维显微组织形貌，可以观察到电子传输层具有纳米网状结构，纳米网状结构的孔径为120nm?150nm,电子传输层中醋酸锌颗粒的粒径为5nm?20nm,且分布较均勻。
[0097]本实施例制备的聚合物太阳能电池，包括依次层叠的阳极基底、空穴缓冲层、活性层、电子传输层、电子缓冲层和阴极，结构具体为:ITO/ (PEDOT: PSS) / (P3HT: PCBM) /Mg (Ac)2/Cs2C03/Pt。
[0098]效果实施例
[0099]采用电流-电压测试仪(美国Keithly公司，型号:2602)及500W氙灯(Osram)与AMl.5的滤光片组合作为模拟太阳光的白光光源，测试本发明实施例一~四制备的聚合物太阳能电池及对比电池的电流密度与电压关系。实施例一制备的聚合物太阳能电池及对比电池的电流密度-电压曲线见图2，分别对应曲线I和曲线2。由各实施例制备的聚合物太阳能电池及对比电池的电流密度与电压关系曲线，得到短路电流、开路电压、能量转换效率和填充因子等性能数据均列于表1。
[0100]表1本发明的聚合物太阳能电池及对比电池的性能数据
[0101]
【权利要求】
1.一种聚合物太阳能电池，其特征在于，包括依次层叠的阳极基底、空穴缓冲层、活性层、电子传输层、电子缓冲层和阴极，所述电子传输层的材质为醋酸盐，所述醋酸盐为醋酸锌、醋酸钙、醋酸钠或醋酸镁，所述电子传输层为纳米网状结构，所述纳米网状结构的孔径为 IOOnm ?150nm。
2.如权利要求1所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，电子传输层中醋酸盐的粒径为 5nm ?20nm。
3.如权利要求1所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层的厚度为40 ?lOOnm。
4.如权利要求1所述的聚合物太阳能电池，其特征在于，所述的活性层的材质为聚3-己基噻吩与(6，6)-苯基-C61- 丁酸甲酯的混合物。
5.一种聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 取清洗干净后的阳极基底，进行预处理后在阳极基底上旋涂制备空穴缓冲层； 在空穴缓冲层上旋涂制备活性层； 然后在活性层上制备电子传输层，具体操作为:将醋酸盐加入水中溶解后得到醋酸盐溶液，然后将偶氮类物质与醋酸盐溶液混合，得到混合溶液，在活性层上旋涂所述混合溶液，然后在100?200°C干燥10?30min，制备得到电子传输层，所述偶氮类物质为偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐或偶氮异丁氰基甲酰胺；所述醋酸盐为醋酸锌、醋酸钙、醋酸钠或醋酸镁；所述电子传输层为纳米网状结构，所述纳米网状结构的孔径为IOOnm ?150nm ； 在电子传输层上依次蒸镀制备电子缓冲层和阴极，得到聚合物太阳能电池。
6.如权利要求5所述的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述电子传输层中醋酸盐的粒径为5nm?20nm。
7.如权利要求5所述的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述醋酸盐溶液的质量分数为9%?38%,所述偶氮类物质与醋酸盐溶液的重量比为(0.01?0.3):1。
8.如权利要求5所述的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述旋涂所述混合溶液时的转速为500?6000rpm,时间为5?60s。
9.如权利要求5所述的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述旋涂制备活性层的具体操作为:将聚3-己基噻吩与(6，6)-苯基-C61- 丁酸甲酯加入溶剂中溶解，得到聚3-己基噻吩与(6，6)-苯基-C61- 丁酸甲酯的溶液，于惰性气氛中在空穴缓冲层上旋涂所述溶液，旋涂后在70?200°C下退火5?lOOmin，得到活性层，所述聚3-己基噻吩:(6，6)-苯基-C61- 丁酸甲酯的重量比为1:0.5?1: 3，所述聚3-己基噻吩与(6，6)-苯基-C61- 丁酸甲酯的溶液的质量浓度为10?24mg/ml。
10.如权利要求9所述的聚合物太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述旋涂时的速率为4000?6000rpm，时间为10?30s。
【文档编号】H01L51/46GK103928613SQ201310016144
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年1月16日 优先权日:2013年1月16日
【发明者】周明杰, 王平, 黄辉, 陈吉星 申请人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技术有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司