一种基于洛伦兹力的新型聚合物太阳能电池的制备方法与流程

本发明涉及一种基于洛伦兹力的新型聚合物太阳能电池的制备方法，属于有机太阳能电池技术领域。

背景技术：

随着非再生能源的日益枯竭，以及人类对能源的需求越来越大，太阳能电池成为当前研究的热点。到目前为止，无机的硅基太阳能电池转化效率已经达到24%，是市场主流。但是面临着制造成本高、不易携带、生产条件苛刻、不易加工等缺点，为后续研究提供了挑战。采用有机材料的太阳能电池，包括敏化染料太阳能电池、聚合物太阳能电池、小分子太阳能电池，目前转化效率在9%左右。聚合物太阳能电池可以采用打印的方法大面积制备，成本较低，是最有前景的有机太阳能电池之一。但目前光电转化效率较低，限制聚合物太阳能电池效率的主要原因是光敏层产生的激子不易分离，并且分离后的空穴和电子容易复合，传输距离仅仅在10 nm左右，从而限制了光敏层的厚度。

因此，为促进聚合物太阳能电池的激子分离，提高分离后的空穴和电子传输，本发明设计了一种基于洛伦兹力的新型聚合物太阳能电池的制备方法。利用磁性材料形成光刻后的条形图案，并在向两个条形磁性材料之间的间隙滴涂或打印给体材料和受体材料共混的聚合物光敏材料，条形磁性材料与条形光敏材料互相交替的生长方式。光敏层生成的光生载流子在磁场中受洛伦兹力的作用，促进激子分离后的电子和空穴向传输层传输，减少了激子的复合，增强光敏层的厚度，有利于提高电池的光电转化效率。

技术实现要素：

本发明是一种基于洛伦兹力的新型聚合物太阳能电池的制备方法，利用运动电荷在磁场中受洛伦兹力的作用，促进激子分离后的电子和空穴向传输层传输，减少了激子的复合，增加光敏层的厚度，有利于提高电池的光电转化效率。

本发明是一种基于洛伦兹力的新型聚合物太阳能电池的制备方法，电池结构包括玻璃基板、阳极电极、空穴传输层、洛伦兹力光敏层、电子传输层、阴极电极，如图1所示。其洛伦兹力光敏层采用条形磁性材料与条形光敏材料互相交替的生长方式，如图2所示。洛伦兹力光敏层采用在强磁场中生长一层40-60 nm的钕铁硼磁性材料，通过光刻形成条形图案，条形方向垂直磁场方向。在向两个条形磁性材料之间的间隙滴涂或打印给体材料和受体材料共混的聚合物光敏材料。光敏材料产生的激子分离后的自由电子和空穴在磁场中受洛伦兹力，使电子向阴极方向移动，空穴向阳极方向移动，提高电池的光电转化效率。

附图说明

图1为基于洛伦兹力的新型聚合物太阳能电池结构示意图。

图2为新型聚合物太阳能电池洛伦兹力光敏层结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步阐述，但并不是对本发明进行限制。

如图1所示，带有氧化铟锡（ITO）的玻璃基板经过清洗后用N₂将ITO表面的蒸馏水吹干，置于60 ℃的烘箱烘干。在清洗后的ITO玻璃表面旋涂一层高分子聚合物PEDOT:PSS空穴传输层。PEDOT:PSS先用0.45 µm的水系膜过滤后旋涂。旋涂转数是3000 rpm，时间为20 s，形成空穴传输层。

在强磁场中生长一层50 nm的钕铁硼磁性材料，涂上一层光刻胶，用具有条形图案的掩膜版进行曝光，接着进行显影，采用湿法刻蚀对磁性材料层进行刻蚀，最后去胶形成磁性材料条形图案，条形方向垂直磁场方向。

滴涂聚3-己基噻吩(P3HT)给体和[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)受体的混合溶液， P3HT和 PCBM的混合比为1:1，氯仿溶剂，共混溶液浓度为20 mg/mL。在氮气保护下，温度120 ℃，退火时间为10 min。在磁性材料条形图案的间隔上形成光敏层，构成洛伦兹力光敏层，如图2所示。在新型光敏层上生长一层LiF或MoO₃，形成电子传输层，接着生长一层100 nm 铝阴极电极。获得基于洛伦兹力的新型聚合物太阳能电池。