一种双电子传输层的新型聚合物太阳能电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光电子器件领域，涉及到一种双电子传输层的新型聚合物太阳能电池以及电子传输层的处理方式和聚合物太阳能电池的制备方法。
【背景技术】
[0002]在当前能源危机与环境污染两大问题制约下，合理发展清洁可持续的新能源是未来经济社会发展的关键。太阳能作为一种取之不尽的环保无污染能源，从众多新能源中脱颖而出。目前市场上主导的是晶体硅太阳能电池，其生产技术已经十分成熟，但晶体硅太阳能电池面临着材料来源单一，对材料纯度品质有着严重依赖性，同时，晶体硅太阳能电池生产过程本身就是一个巨大的耗能过程。而聚合物太阳电池则不然，材料来源广泛、具有良好的加工性，关键是有机材料良好的加工性能和延展性能，使得聚合物太阳能电池可以使用卷对卷的生产方式，这将大大缩减生产成本。
[0003]虽然聚合物太阳能电池经过了十多年的高速发展期，光电能量转换效率得到显著提高，但距离商业化还有不小的差距，更重要的是其环境稳定性仍然没有取得决定性的改善。这里，我们利用有机/无机材料优劣互补的方法，开发了叠层结构的双电子传输层，同时利用了快速热处理的方法对无机材料进行退火处理，改善其结晶性，综合提高电子传输层的导电性，改善器件的能级结构，优化薄膜间的界面接触，提高电池的光电能量转换效率。而无机材料的空气稳定性，也使得器件的寿命取得显著提高。全溶液法的制备方式，为大规模的商业化生产提供了基础。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是双电子传输层结构的新型聚合物太阳能电池以及电子传输层的处理方式和聚合物太阳能电池的制备方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
[0006]—种双电子传输层的新型聚合物太阳能电池，其包括:透明导电衬底；双电子传输层，由有机/无机材料叠层构成，且使用优化的快速热处理方法；聚合物体异质结光吸收层；空穴传输层；金属电极。
[0007]优选的，所述导电衬底为金属氧化物透明导电薄膜，透明导电衬底为氧化铟锡薄膜或掺铝、镓、镉的氧化锌薄膜，厚度在20-2000纳米之间。
[0008]优选的，其选用电子传输材料，厚度在20 — 200纳米之间，包括无机材料纳米氧化锌和有机半导体材料PFN，PFN匀涂到快速热处理的纳米氧化锌薄膜上。
[0009]优选的，所述空穴传输层厚度在20 - 200纳米之间，为氧化钼、ρ型氧化锌和氧化钛，以及P型聚合物，比如poly-Tro，PVK，MEHPPV, TFB, PED0T和它们的衍生物等和ρ型小分子材料，比如TPD，ΝΡΒ和它们的衍生物等。
[0010]优选的，所述可见光吸收材料为低带隙聚合物和富勒烯衍生物的混合材料，聚合物可选择如ΡΤΒ7，PTB7-th，PCDTBT等低带隙供体聚合物，富勒烯衍生物包括PC71BM和ICBA。混合物沉积成膜后，厚度在20-300纳米。
[0011]优选的，所述空穴传输层厚度在20 - 200纳米之间，为氧化钼、ρ型氧化锌和氧化钛，以及P型聚合物，比如poly-Tro，PVK，MEHPPV, TFB, PED0T和它们的衍生物等和ρ型小分子材料，比如TPD，ΝΡΒ和它们的衍生物等。
[0012]优选的，所述金属导电薄膜选用镍、铝、金、银、铜、钛、铬中的一种或多种。
[0013]本发明还公开了一种上述双电子传输层的新型聚合物太阳能电池的制备方法，双电子传输层是利用溶液法依次在透明导电衬底上制备纳米氧化锌薄膜和PFN薄膜，其中氧化锌膜层使用优化的快速热处理方法退火，厚度在20-200纳米，然后利用溶液法制备聚合物光吸收层，利用真空镀膜技术制备空穴传输层和金属电极，厚度在20-2000纳米之间。
[0014]优选的，所述溶液法包括旋涂法，喷涂法，糟模法。
[0015]优选的，所述快速热处理方法是使用快速退火炉，在真空环境下对氧化锌做退火处理，膜层温度250摄氏度。
[0016]上述技术方案具有如下有益效果:该双层电子传输层结构通过采用高导电性的无机材料，并使用优化的快速热处理方法退火，使其具有更好的导电性，双层结构有益于改善能级结构，有机材料PFN有益于膜层界面的接触，从而在显著提高光电能量转换效率的同时，电池的空气稳定性也得以改善。
[0017]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的【具体实施方式】由以下实施例及其附图详细给出。
【附图说明】
[0018]图1为本发明实施例的结构示意图。
[0019]图2为a依据SKPM测试功函数绘制的能级结构图；b不同温度热处理后ZnO的XRD
图。；
[0020]图3为本发明实施例对聚合物太阳能电池与PFN或氧化锌作为电子传输层的聚合物太阳能电池的效率对比图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细介绍。
[0022]如图1所示，为双电子传输层的新型聚合物太阳能电池的结构示意图。该器件包括:透明导电衬底1 ;电子传输层2，该电子传输层是依次使用法将纳米氧化锌和PFN制作到透明导电衬底上的，其中氧化锌使用优化的快速热处理方式退火；聚合物光吸收层3 ;空穴传输层层4 ;和金属电极5。
[0023]所述的导电衬底1为氧化物透明导电薄膜，通常为氧化铟锡薄膜或掺铝、镓、镉的氧化锌薄膜，厚度在20-2000纳米之间。导电衬底1上面是采用溶液法(泛指一切涂料法，如旋涂法，喷涂法，糟模法等)制备的电子传输层2，该功能层是为了提高电子的提取和传输，本发明中应用了氧化锌和PFN的叠层双电子层结构，其中氧化锌使用优化的快速热处理方法退火，显著提高电子的提取和传输。均使用旋涂法，将厚度控制在20-50纳米之间。电子传输层2上面的聚合物光吸收层3是同样也是采用溶液法制备的，该功能层是主要是进行可见光的吸收，在本发明中采用的是PTB